Magnetfelder: der NFC-Leser neben dem Zahlterminal
Am Automaten sitzen zwei Geräte, die auf derselben Frequenz funken: das Kartenterminal für die Zahlung und unser Leser für den Ausweis-Chip. Beide arbeiten mit 13,56 MHz. Hält ein Kunde seinen Ausweis hin, soll er nur unseren Leser hören. Wo muss der Leser dafür hin?
Das Problem
Ein Ausweis-Chip hat keine Batterie. Er bezieht seine Energie aus dem Magnetfeld des Lesers und antwortet über dasselbe Feld. Sitzt das Zahlterminal nah genug, reicht auch dessen Feld bis zur Karte. Dann hört der Chip zwei Leser gleichzeitig, und die Kommunikation wird unzuverlässig.
Den Leser einfach weit weg zu montieren geht nicht. Zahlterminal, Handy und Leser sitzen bei uns in einem gemeinsamen 3D-gedruckten Rahmen in der Automatentür, und der Kunde soll alles auf einen Blick finden.
Was wir modelliert haben
Wir haben einen kleinen 3D-Feldsimulator gebaut. Er rechnet für jede denkbare Leserposition aus, wie viel vom Feld des Terminals eine Ausweiskarte vor unserem Leser abbekommt – im Verhältnis zu unserem eigenen Feld, in Dezibel. Je negativer der Wert, desto weniger hört die Karte das Terminal.
Weil wir nicht genau wissen, wo im Terminal die Antenne sitzt, rechnen wir jede Position gegen 9 bis 12 mögliche Antennenlagen und 8 Kartenhaltungen – 5 oder 15 mm Abstand, seitlich verschoben. Gewertet wird immer der schlechteste Fall.
In den Bildern bedeutet grün: Dort ist nur ein Leser zu hören. Gelb: Das andere Feld kriecht hinein. Rot: Eine Karte an dieser Stelle hört beide. Das orange Kästchen ist unser Leser, magenta die angenommene Terminal-Antenne, grau das Metall des Handys.
Runde 1: Die heutigen Positionen sind die Schwachstelle
Alle Positionen, die wir bis dahin gebaut hatten, kamen im schlechtesten Fall nur auf −14 bis −19 dB. Mit der angenommenen Antennenlage sah es 10 bis 15 dB besser aus – aber sitzt die echte Antenne tief im Terminal, nahe an unserem Leser, kippt das. Abstand hilft am verlässlichsten: 150 bis 200 mm weiter weg brachten 25 bis 40 dB.
Runde 2: Es muss ein gedruckter Rahmen bleiben
Die besten Positionen aus Runde 1 waren Halterungen, die frei im Automaten hängen. Das haben wir verworfen: Der Leser muss Teil des Rahmens sein, jedes Druckteil muss aufs Druckbett passen, die Leseseite muss zum Kunden schauen. Unter diesen Regeln landeten alle Suchläufe am selben Ort – in den oberen Ecken neben der Handyhalterung, dem Teil des Rahmens, der am weitesten vom Terminal entfernt ist. Ergebnis: −38,6 dB beim alten, −46,8 dB beim schlanken Rahmen, ohne jeden Trick, nur durch Abstand.
Seitlich oder hochkant gestellte Leser erreichten in der Rechnung noch bessere Werte. Wir haben sie nicht genommen: Dieser Vorteil verschwindet, wenn die Antenne nur 15 mm woanders sitzt – und Kunden halten Ausweise ohnehin nicht seitlich hin.
Runde 3: Leser links neben dem Handy
Für den alten Rahmen wollten wir den Leser bündig mit der Oberkante des Handys. Das kostet rund 9 dB gegenüber einem Leser, der darüber hinausragt. Zurückholen ließ sich ein Teil davon, indem das Handy nach rechts und der Leser auf die andere Seite wanderte: −32,1 dB. Eine dünne Ferritfolie an der Wand zwischen Leser und Handy brachte weitere 8 dB, auf −40,3 dB – allerdings nur, wenn der Leser etwas tiefer im Rahmen sitzt. Dann liegt die Karte unterhalb der Oberkante der Folie, und die Folie steht zwischen Karte und Terminal.
Gebaut haben wir genau diese Variante. Die Wechselwirkung der beiden Antennen untereinander spielt übrigens fast nirgends eine Rolle – das Problem ist die Karte, die zwei Felder hört, nicht die Leser, die sich gegenseitig verstimmen.
Runde 4: Was macht das Handy?
Beim schlanken Rahmen kam eine neue Frage dazu: Das Handy liegt direkt neben dem Leser, und ein Handy ist vor allem Metall. Wir haben es als dünne leitende Platte ins Modell genommen. Das Ergebnis war beruhigend: Das Handy kostet höchstens rund 3 dB, und das nur in einer Variante. Die eigentliche Verstimmung kommt von der Stahltür des Automaten. Eine zweilagige Ferritfolie unter dem Leser lohnt sich deshalb in jeder Anordnung, rund +5 dB.
Als Faustregel blieb: etwa 0,3 dB pro Millimeter Abstand von der Oberkante des Terminals. Nach oben und nach links gewinnt.
Die gewählte Position
Im schlanken Rahmen sitzt der Leser jetzt über dem linken Ende des Handys, das Handy rechtsbündig mit dem Terminal-Ring. Das Modell rechnet dafür −39,4 dB mit Handy, gegenüber −8,3 dB in der heutigen Anordnung. Kippen wir den Leser zusätzlich um 45° nach unten zum Kunden, kommen wir auf −44,0 dB, und die Leseseite rückt weiter von der Tür weg.
Daneben gibt es einen Hebel, der mehr bringt als jede Position: Unser Leser sollte erst funken, wenn der Kunde zum Auflegen aufgefordert wird. Was nicht funkt, kann auch nicht stören.
Was noch offen ist
Die Lage der Antenne im Terminal ist nach wie vor geschätzt. Der nächste Schritt ist, die Oberfläche des Terminals mit einer Karte abzutasten und die Rechnung mit der echten Position zu wiederholen. Danach entscheidet der Prüfstand mit echten Ausweisen, nicht der Simulator.