Umrechnung von Gigahertz in Nanohertz

Informationen über Gigahertz (GHz)

Das Gigahertz ist eine Frequenzeinheit und entspricht einer Milliarde Hertz. Sein Zeichen ist GHz. Es ist der Bereich der modernen drahtlosen Kommunikation und des Takts in jedem heutigen Rechner, und fast nichts davon war vor den 1990er Jahren im Alltag gebräuchlich.

WLAN belegt zwei Hauptbänder bei 2,4 und 5 Gigahertz sowie ein neueres nahe 6. Das 2,4-Gigahertz-Band ist überfüllt, weil es fast überall anmeldefrei ist und mit Bluetooth, Schnurlostelefonen und Mikrowellenherden geteilt wird, die bei 2,45 Gigahertz arbeiten, weil Wassermoleküle dort Energie wirksam aufnehmen. Das 5-Gigahertz-Band bietet mehr Kanäle und höhere Raten, wird jedoch von Wänden stärker geschluckt und deckt deshalb eine kleinere Fläche ab.

Der Mobilfunk erstreckt sich über den ganzen Bereich. Frühere Generationen nutzten Bänder unter 1 Gigahertz wegen ihrer weiten Reichweite in Gebäude hinein und über Land, während neuere Zuteilungen bei 1,8, 2,6 und 3,5 Gigahertz mehr Daten über kürzere Strecken tragen. Je höher eine Frequenz, desto mehr Bandbreite steht bereit und desto schlechter dringt sie durch; jede Netzgeneration ist ein Aushandeln zwischen diesen beiden Tatsachen.

Die Taktfrequenzen der Rechner überschritten um das Jahr 2000 die Gigahertzgrenze und blieben wenige Jahre später nahe vier stehen. Die Schranke ist thermisch: die Verlustleistung steigt steil mit der Frequenz, und jenseits von etwa vier Gigahertz kann ein herkömmlicher Siliziumprozessor die Wärme nicht mehr abführen. Leistungszuwächse kommen seither aus zusätzlichen Kernen, breiterer Befehlsausgabe und besseren Speicherhierarchien, nicht aus höherem Takt.

Satellitenstrecken, Radar und Radioastronomie arbeiten allesamt hier. Wetterradar läuft üblicherweise zwischen 2,7 und 5,6 Gigahertz, das Radar der Flugsicherung in ähnlichen Bändern, und die Mikrowellenhintergrundstrahlung, die das Weltall erfüllt, hat ihr Maximum nahe 160 Gigahertz, weit oberhalb des Bereichs der irdischen Kommunikation.

Millimeterwellensysteme bei 24 Gigahertz und darüber dienen dem Abstandsradar von Kraftfahrzeugen und den Bändern höchster Kapazität in Mobilfunknetzen. Ihre sehr kurzen Wellenlängen erlauben kleine Antennen und gewaltige Datenraten, werden aber von beinahe allem blockiert, auch von Regen und Blattwerk.

Ein Gigahertz entspricht einer Milliarde Hertz, 1000 Megahertz oder 0,001 Terahertz.

Informationen über Nanohertz (nHz)

Das Nanohertz ist eine Frequenzeinheit und entspricht einem Milliardstel Hertz. Sein Zeichen ist nHz. Ein Nanohertz ist eine Schwingung je Milliarde Sekunden, knapp zweiunddreißig Jahre; eine einzige Schwingung dieser Frequenz dauert also länger als die meisten Berufslaufbahnen.

Fast nichts nutzt sie, und dann wurde sie 2023 zu einer der meistbesprochenen Einheiten der Physik. Mehrere Kollaborationen von Pulsar-Timing-Arrays, unabhängig voneinander auf vier Kontinenten tätig, berichteten Hinweise auf einen Hintergrund von Gravitationswellen im Nanohertzbereich. Das Signal scheint von Paaren supermassereicher Schwarzer Löcher zu stammen, die einander in den Zentren verschmolzener Galaxien über die gesamte Geschichte des Universums hinweg umkreisen.

Das Messverfahren ist bemerkenswert. Millisekundenpulsare sind Neutronensterne, die sich hundertfach je Sekunde drehen und einen Strahl aussenden, der mit außerordentlicher Regelmäßigkeit über die Erde streicht und es mit Atomuhren aufnimmt. Eine Gravitationswelle, die die Galaxis durchquert, dehnt und staucht den Raum zwischen Erde und jedem Pulsar und verschiebt die Ankunftszeiten der Impulse um einige hundert Nanosekunden. Indem Dutzende Pulsare zwei Jahrzehnte lang beobachtet und auf ein bestimmtes Korrelationsmuster hin geprüft werden, weisen Astronomen Wellen nach, deren Wellenlängen in Lichtjahren gemessen werden.

Bei diesen Frequenzen könnte kein Gerät anders arbeiten. Ein Detektor muss in seiner Größe mit der gesuchten Wellenlänge vergleichbar sein, und eine Gravitationswelle von einem Nanohertz hat eine Wellenlänge von einigen Dutzend Lichtjahren. Die Galaxis selbst ist die Apparatur, und die Pulsare sind ihre Marken.

Sonst erscheint die Einheit nur in den langsamsten natürlichen Zyklen. Die Präzession der Erdachse benötigt rund 26 000 Jahre, etwa 1,2 Nanohertz. Die Bahnschwankungen von Exzentrizität, Schiefe und Präzession, die den Takt der Eiszeiten vorgeben, die Milanković-Zyklen, reichen von etwa 0,5 Nanohertz bis zu einem Zehntel davon.

Unterhalb des Nanohertz gerät der Begriff der Frequenz in Bedrängnis, denn nichts ist lange genug beobachtet worden, um einen vollen Zyklus zu sehen, und der Wert wird aus der Theorie erschlossen statt gezählt.

Ein Nanohertz entspricht 0,000000001 Hertz, einer Schwingung je Milliarde Sekunden oder 0,001 Mikrohertz.