| Gigahertz (GHz) | Terahertz (THz) |
|---|---|
| 1 Gigahertz | 0.001 THz |
| 2 Gigahertz | 0.002 THz |
| 3 Gigahertz | 0.003 THz |
| 4 Gigahertz | 0.004 THz |
| 5 Gigahertz | 0.005 THz |
| 10 Gigahertz | 0.01 THz |
| 20 Gigahertz | 0.02 THz |
| 25 Gigahertz | 0.025 THz |
| 50 Gigahertz | 0.05 THz |
| 100 Gigahertz | 0.1 THz |
| Referens | Gigahertz (GHz) | Terahertz (THz) |
|---|---|---|
| European mains electricity | 0.00000005 GHz | 5 × 10-11 THz |
| Concert pitch A above middle C | 0.00000044 GHz | 4.4 × 10-10 THz |
| An FM radio station | 0.1 GHz | 0.0001 THz |
| A Wi-Fi band | 2.4 GHz | 0.0024 THz |
| A desktop processor clock | 3 GHz | 0.003 THz |
Gigahertzen är en frekvensenhet som motsvarar en miljard hertz. Beteckningen är GHz. Det är den trådlösa kommunikationens område i vår tid och klockans område i varje nutida dator, och nästan inget av det var i vardagligt bruk före 1990-talet.
Wi-fi upptar två huvudband, vid 2,4 och 5 gigahertz, med ett nyare band nära 6. Bandet vid 2,4 gigahertz är trångt eftersom det är licensfritt nästan överallt och delas med Bluetooth, sladdlösa telefoner och mikrovågsugnar, som arbetar vid 2,45 gigahertz eftersom vattenmolekyler där tar upp energi effektivt. Bandet vid 5 gigahertz ger fler kanaler och högre takt men sugs upp starkare av väggar och täcker därför ett mindre område.
Mobiltelefonin spänner över hela området. Tidigare generationer använde band under 1 gigahertz för deras långa räckvidd in i byggnader och över landsbygden, medan nyare tilldelningar vid 1,8, 2,6 och 3,5 gigahertz bär mer data över kortare avstånd. Ju högre frekvens, desto mer bandbredd finns att tillgå och desto sämre tränger den igenom, och varje nätgeneration är en förhandling mellan dessa två fakta.
Datorernas klockfrekvenser gick över i gigahertz kring år 2000 och stannade nära fyra några år senare. Gränsen är termisk: effektförlusten stiger brant med frekvensen, och bortom ungefär fyra gigahertz kan en vanlig kiselprocessor inte göra sig av med värmen. Prestandavinsterna sedan dess har kommit av fler kärnor, bredare instruktionsutfärdning och bättre minneshierarkier, inte av högre klocka.
Satellitlänkar, radar och radioastronomi arbetar alla här. Väderradar går vanligen mellan 2,7 och 5,6 gigahertz, flygledningens radar i liknande band, och den mikrovågsbakgrund som fyller universum har sitt maximum nära 160 gigahertz, långt över området för kommunikation på jorden.
Millimetervågssystem vid 24 gigahertz och uppåt används till bilarnas kollisionsradar och till mobilnätens band med störst kapacitet. Deras mycket korta våglängder tillåter små antenner och väldiga datatakter men stoppas av nästan vad som helst, inklusive regn och lövverk.
En gigahertz motsvarar en miljard hertz, 1000 megahertz eller 0,001 terahertz.
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.