RFID-Transponder-Plattform - Dresden (2006-2011)

Das InnoProfile-Vorhaben

Die RFID-Transponder-Technik ist ein Teilgebiet der Mikroelektronik mit einem sehr hohen Wachstumspotential. Eine wachsende Anzahl von Unternehmen der Region ist auf diesem Gebiet als Komponentenhersteller, Ausrüstungshersteller, Systemhaus oder Anwender tätig. Die Vielzahl der in der Region im Bereich Mikroelektronik vorhandenen Unternehmen sowie das Forschungspotential am Fraunhofer Institut für Photonische Mikrosysteme (FHG-IPMS) bieten beste Voraussetzungen für die Herausbildung eines besonderen, über Dresden und Sachsen hinaus wirkenden Wirtschaftsprofils in der RFID-Transponder-Technik.

Radio Frequency Identification (RFID-) Transponder sind drahtlose Systeme, die aus einer Lese-/Schreibstation (Reader) und dem eigentlichen Transponder (Tag) bestehen. Im einfachsten Fall enthält der Transponder nur eine Identifikationsinformation, die vom Reader abgefragt werden kann, wenn sich das System in der Sendereichweite des Readers befindet. Diese Art Transpondersystem wird heutzutage vor allem im Bereich Logistik zur Produktverfolgung eingesetzt. Technisch anspruchvoller sind Transponder, deren Information während des Betriebes vom Reader verändert werden kann. Am oberen Ende der Leistungsskala stehen Systeme, die das RFID-Prinzip mit Sensoren erweitern. Neben der Identifikationsinformation können physikalische Größen wie Temperatur, Feuchte und Beschleunigung, aber auch chemische Größen wie Fäulnisgase detektiert und gespeichert werden. Neben einer reinen Produktverfolgung ist damit auch eine Qualitätsüberwachung möglich.

Der Einsatz von RFID-Transpondern, die je nach Ausführungsform im Frequenzbereich von 125 kHz bis 2,45 GHz arbeiten, erfordert auf Grund der hohen Frequenzen umfassende Kenntnisse im Hochfrequenzbereich sowie eine leistungsfähige, aber auch sehr teure Messtechnik. RFID-Transponder sind komplexe Systeme, die neben den Hardwarekomponenten Tag und Reader auch HF-Antennen sowie teilweise Batterien und Sensoren enthalten. Hinzu kommen Softwarelösungen für das Übertragungsprotokoll, Antikollisionssoftware für den Betrieb mehrerer Transponder gleichzeitig sowie anwendungsspezifische Signalverarbeitungssoftware, die bei Systemen mit Sensoren benötigt wird.

Kleine und mittlere Unternehmen sind, wenn sie sich mit der Herstellung oder dem Einsatz von RFID-Systemen beschäftigen, zunehmend damit überfordert, die Gesamtheit dieser Probleme inhaltlich zu lösen. Entwicklungs- und Forschungsaufgaben speziell im Hochfrequenzbereich können in der Regel in der notwendigen Breite nicht mehr durchgeführt werden.

Die Ziele

Zielstellung dieses Projekts ist es, am Fraunhofer Institut für Photonische Mikrosysteme eine Transponderplattform zu etablieren. Mit Hilfe dieser Grundlage soll es den mittelständischen Unternehmen der Region ermöglicht werden, zukünftige Aufgaben im Zusammenhang mit RFID-Systemen besser zu bewältigen.
Im Einzelnen bedeutet dies:

  • Konzentration des gesamten am FHG-IPMS vorhandenen Know-hows zu RFID-Transpondern für alle gängigen Frequenzbereiche in der RFID-Transponder-Plattform. Dies schließt sowohl die Entwicklung von Lese-/Schreibstationen und RFID-Chips mit integrierten oder chipexternen Sensoren als auch die Hochfrequenz-Simulation des Gesamtsystems in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen ein.
  • Durchführung von Forschungsarbeiten für komplette Transpondersysteme mit Sensoren im Mikrowellenbereich. Gegenwärtig gibt es in diesem Frequenzbereich noch keine RFID-Systeme mit Sensoren. Die Lösung dieser Aufgabe stellt eine extrem anspruchvolle und für die nächsten Jahre wirtschaftlich bedeutsame Herausforderung dar.
  • Es ist geplant, nach Projektabschluss ein Unternehmen für kundenspezifische Beratungs- und Entwicklungsleistungen auf dem Gebiet der RFID-Systeme auszugründen.

Die thematischen Schwerpunkte

Die Realisierung eines Mikrowellen-Transpondersystems im 2,4 GHz-Bereich mit Sensoren stellt eine äußerst anspruchvolle Forschungsaufgabe dar. Da für eine industrielle Nutzung nur eine Lösung für das Gesamtsystem von Bedeutung ist, lassen sich daraus folgende Forschungskomplexe, die von der Nachwuchsforschungsgruppe bearbeitet werden müssen, ableiten:

  • Entwicklung eines Mikrowellen-Transponderchips für den 2,4 GHz-Bereich mit integriertem Gleichrichter, Sensorinterface und freiprogrammierbarem Controller für die Sensorsignalverarbeitung
  • Entwicklung eines Simulationsmodells für den Mikrowellentransponder mit Antenne und Sensoren für die Simulation des Umwelteinflusses auf die Transpondereigenschaften
  • Mitarbeit an der Entwicklung und Standardisierung eines Übertragungsprotokolls für Mikrowellentransponder mit Sensoren in der deutschen ISO-Standardisierungsgruppe
  • Entwicklung von Schaltungen zur Herstellung organischer Transponder. Auf Basis organisch hergestellter Transistoren werden Transpondersysteme im Niedrigfrequenzbereich realisiert.
  • Untersuchungen zu den Eigenschaften von mit Nanopartikeln aus verschiedenen Metallen gedruckten Antennen
  • Entwicklung einer RF-Diode zur Gleichrichtung des RF-Signals mit hohem Wirkungsgrad für den Mikrowellenbereich
  • Untersuchungen für den Einsatz von integrierten und externen Sensoren für Mikrowellentransponder unter besonderer Berücksichtigung eines notwendigen extrem geringen Leistungsverbrauchs
  • Entwicklung eines miniaturisierten Readers für den 2,4 GHz Mikrowellenbereich
  • Durchführung einer Studie zu Realisierungsmöglichkeiten von Mikrowellentranspondern mit Sensoren im 5,8 GHz-Frequenzbereich

Die Partner

  • KSW Microtec AG
  • ASEM GmbH
  • RHe Microsystems GmbH

Kontakt

Hans-Jürgen Holland
Fraunhofer Institut für Photonische Mikrosysteme (IPMS)
Maria-Reiche-Str. 2
01109 Dresden
Tel.: (0351) 8823 215
E-Mail: holland[at]ipms.fraunhofer.de 

Prof. Dr.-Ing. habil. Wolf-Joachim Fischer
Fraunhofer Institut für Photonische Mikrosysteme (IPMS)
Maria-Reiche-Str. 2
01109 Dresden
Tel.: (0351) 8823 202
E-Mail: fischer[at]ipms.fraunhofer.de



Die InnoProfile-Initiative entwickelt ihr regionales Innovationsprofil mit den InnoProfile-Transfer-Verbundprojekt MMID weiter.