Omvandling från 3 Megahertz till Terahertz

Information om Megahertz (MHz)

Megahertzen är en frekvensenhet som motsvarar en miljon hertz. Beteckningen är MHz. Den täcker den del av radiospektrumet som bär större delen av rundradion och kortdistanskommunikationen, och den var i två decennier den enhet i vilken datorers hastighet mättes.

FM-radion upptar 87,5 till 108 megahertz nästan överallt, ett band som valdes efter andra världskriget eftersom det låg tillräckligt högt för de breda kanaler frekvensmodulering kräver och tillräckligt lågt för att sändare och mottagare skulle bli billiga. Marksänd television tog grannbanden, och övergången från analog till digital utsändning frigjorde stora delar av dem för mobiltelefoni.

Flygradion ligger strax ovanför FM-radion, från 118 till 137 megahertz, och använder amplitudmodulering i stället för den tydligare frekvensmoduleringen. Valet är avsiktligt: när två luftfartyg sänder samtidigt ger amplitudmoduleringen ett hörbart svävningstjut som varnar alla för överlappningen, medan frekvensmoduleringen helt enkelt skulle fånga den starkare signalen och tyst förlora den svagare.

Datorprocessorer angavs i megahertz från slutet av 1970-talet till omkring år 2000. Den ursprungliga IBM PC gick på 4,77 megahertz, och den megahertzkapplöpning som följde tog slut när klockfrekvenserna stannade kring fyra gigahertz på grund av värmen, varefter tillverkarna tävlade om antalet kärnor i stället. Minnesbussens hastigheter och bildskärmarnas tidsstyrning anges alltjämt ofta i megahertz.

Medicinskt ultraljud arbetar mellan ungefär 2 och 18 megahertz. Högre frekvenser ger finare upplösning men tränger in mindre djupt, så en bukundersökning använder lägre frekvens än en undersökning av en ytlig struktur, och operatören väljer givare därefter.

Radiofrekvensidentifiering, garageportsfjärrkontroller, trådlösa mikrofoner, marin VHF och amatörradio bor alla i det här området. Det gör också de övertoner som får dåligt skärmad elektronik att störa varandra, och därför inriktas myndigheternas provning på utstrålning i tiotals och hundratals megahertz.

Mobiltelefonin har gjort enheten till en penningfråga. Spektrum auktioneras ut i block mätta i megahertz, och stater har dragit in tiotals miljarder på banden vid 700, 800, 900, 1800 och 2600 megahertz. Fysiken sätter värdet på vart och ett: lägre frekvenser når längre och tränger bättre in i byggnader, så banden 700 och 800 täcker landsbygd billigt, medan de högre bär mer data över kortare avstånd och passar städer. En operatörs täckningskarta och dess datahastigheter följer alltså av vilka megahertz den lyckades köpa, vilket är varför auktionerna följs lika noga som varje annan försäljning av statliga tillgångar.

En megahertz motsvarar en miljon hertz, 1000 kilohertz eller 0,001 gigahertz.

Information om Terahertz (THz)

Terahertzen är en frekvensenhet som motsvarar tusen miljarder hertz. Beteckningen är THz. Den upptar gapet mellan de högsta radiofrekvenserna och det lägsta infraröda ljuset, ett område som under större delen av nittonhundratalet var så svårt att alstra eller påvisa att det kallades terahertzgapet.

Svårigheten var praktisk och inte teoretisk. Elektroniska oscillatorer tar slut ovanför några hundra gigahertz eftersom laddningsbärarna inte hinner svara, medan optiska källor som lasrar tappar verkningsgrad under det infraröda. Bandet däremellan hade ingen bekväm teknik på någondera sidan och förblev i decennier den minst utforskade delen av det elektromagnetiska spektrumet.

Det ändrades med ultrasnabba lasrar och fotoledande antenner, som alstrar terahertzpulser genom att belysa en halvledare med en laserpuls på några femtosekunder. Terahertzspektroskopi i tidsdomänen mäter i dag materialens svar över hela bandet, och tekniken har blivit ett gängse verktyg inom materialvetenskapen.

Säkerhetskontroll är den mest kända tillämpningen. Terahertzstrålning går genom kläder, papper, plast och keramik men stoppas av metall och sugs upp av vatten, och dess energi per foton är alldeles för låg för att jonisera något, så den kan avbilda dolda föremål utan röntgenstrålningens risker. Kroppsskannrar på flygplatser bygger på den principen.

Molekylspektroskopin använder bandet därför att många stora molekyler har rotations- och vibrationstillstånd här. Sprängämnen och narkotika har utmärkande terahertzsignaturer, och tekniken används i läkemedelsindustrins kvalitetskontroll för att skilja kristallformer som andra metoder gör identiska. Konstkonservering tillämpar den för att se under färgskikt utan att röra en duk.

Astronomin observerar vid dessa frekvenser från höga, torra platser eller från omloppsbana, eftersom atmosfärens vattenånga suger upp terahertzstrålning kraftigt. Kallt stoft och molekylgas i stjärnbildningsområden strålar här, och därför byggs observatorier på hög höjd i Chile och vid sydpolen.

Kommunikationsforskningen har börjat tränga in i bandet. Datatakter växer med tillgänglig bandbredd, och ovanför 100 gigahertz finns långt mer utrymme än därunder, så laboratorier har visat trådlösa länkar som bär hundratals gigabit i sekunden vid frekvenser nära en terahertz. Hindret är att vattenånga starkt suger upp dessa vågor och begränsar en länk till några hundra meter i klar luft och till betydligt mindre i regn. Det binder tekniken vid korta språng: förbindelser mellan takantenner, länkar inne i ett datacenter, eller sista sträckan mellan en lyktstolpe och en byggnad, och inte något som liknar en rundradiosändning.

En terahertz motsvarar tusen miljarder hertz, 1000 gigahertz eller en våglängd på ungefär 0,3 millimeter.