Umrechnung von Gigahertz in Terahertz

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 Terahertz (THz)

Das Terahertz ist eine Frequenzeinheit und entspricht einer Billion Hertz. Sein Zeichen ist THz. Es belegt die Lücke zwischen den höchsten Funkfrequenzen und dem niedrigsten Infrarotlicht, einen Bereich, der im größten Teil des zwanzigsten Jahrhunderts so schwer zu erzeugen oder nachzuweisen war, dass man ihn Terahertzlücke nannte.

Die Schwierigkeit war praktischer und nicht theoretischer Art. Elektronische Oszillatoren gehen oberhalb einiger hundert Gigahertz die Puste aus, weil die Ladungsträger nicht schnell genug folgen, während optische Quellen wie Laser unterhalb des Infraroten an Wirkungsgrad verlieren. Das Band dazwischen hatte auf keiner Seite eine bequeme Technik, und es blieb jahrzehntelang der am wenigsten erforschte Teil des elektromagnetischen Spektrums.

Das änderte sich mit ultraschnellen Lasern und photoleitenden Antennen, die Terahertzimpulse erzeugen, indem sie einen Halbleiter mit einem Laserimpuls von wenigen Femtosekunden beleuchten. Die Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie misst heute die Antwort von Werkstoffen über das ganze Band, und das Verfahren ist ein gängiges Werkzeug der Materialwissenschaft geworden.

Die Sicherheitskontrolle ist die bekannteste Anwendung. Terahertzstrahlung durchdringt Kleidung, Papier, Kunststoff und Keramik, wird aber von Metall aufgehalten und von Wasser aufgenommen, und ihre Photonenenergie ist viel zu gering, um irgendetwas zu ionisieren; sie kann verborgene Gegenstände also ohne die Risiken der Röntgenstrahlung abbilden. Körperscanner an Flughäfen arbeiten nach diesem Prinzip.

Die Molekülspektroskopie nutzt das Band, weil viele große Moleküle hier Rotations- und Schwingungszustände besitzen. Sprengstoffe und Betäubungsmittel zeigen kennzeichnende Terahertzsignaturen, und das Verfahren dient der pharmazeutischen Qualitätskontrolle, um Kristallformen zu unterscheiden, die mit anderen Methoden gleich aussehen. Die Kunstrestaurierung wendet es an, um unter Farbschichten zu blicken, ohne eine Leinwand zu berühren.

Die Astronomie beobachtet bei diesen Frequenzen von hohen, trockenen Standorten oder aus dem Orbit, weil atmosphärischer Wasserdampf Terahertzstrahlung stark aufnimmt. Kalter Staub und molekulares Gas in Sternentstehungsgebieten strahlen hier, weshalb Observatorien in großer Höhe in Chile und am Südpol errichtet werden.

Die Nachrichtenforschung dringt inzwischen in das Band vor. Datenraten wachsen mit der verfügbaren Bandbreite, und oberhalb von 100 Gigahertz ist weit mehr Platz als darunter; Labore haben daher Funkstrecken vorgeführt, die bei Frequenzen nahe einem Terahertz Hunderte Gigabit je Sekunde tragen. Das Hindernis ist, dass Wasserdampf diese Wellen stark verschluckt und eine Strecke bei klarer Luft auf wenige hundert Meter begrenzt, bei Regen auf deutlich weniger. Das beschränkt die Technik auf kurze Sprünge: Verbindungen zwischen Dachantennen, Strecken innerhalb eines Rechenzentrums oder das letzte Stück zwischen einem Lichtmast und einem Haus — nichts, was einer Rundfunkausstrahlung ähnelte.

Ein Terahertz entspricht einer Billion Hertz, 1000 Gigahertz oder einer Wellenlänge von etwa 0,3 Millimetern.