By John Herman
Je leeft je leven op 2.4 GHz. Uw router, uw draadloze telefoon, uw Bluetooth-oortelefoon, uw babyfoon en uw garage-opener houden allemaal van deze radiofrequentie en leven op deze frequentie, en op geen enkele andere. Waarom? Het antwoord ligt in uw keuken.
Waar we het over hebben
Voordat we te ver vooruit lopen, eerst even de basisprincipes. Uw huis of appartement, of de koffiebar waar u nu zit, is verzadigd met radiogolven. Onvoorstelbare aantallen, in feite, die uit radiostations, TV-stations, mobiele torens, en het universum zelf, in de ruimte trillen waar jij in woont. Je wordt voortdurend gebombardeerd met elektromagnetische golven van allerlei frequenties, waarvan er vele zijn gecodeerd met specifieke informatie, of het nu een stem is, een toon, of digitale gegevens. Misschien zelfs deze woorden.
Daar komt nog bij dat je omringd bent door golven van je eigen creatie. In uw huis zijn een dozijn kleine radiozenders: uw router, uw draadloze telefoon, uw garagedeuropener. Alles wat je bezit dat draadloos is, min of meer. Die verdomde radiogolven: ze zijn overal.
Echt, het is vreemd dat uw draadloze telefoon zelfs maar die 2,4-GHz-sticker heeft. Voor de gemiddelde, niet-zo-technisch onderlegde koper is het een getal dat A) niets betekent, of B) iets, maar dan het verkeerde. (“2,4 GHz? Dat is sneller dan mijn computer!”)
Wat dat getal eigenlijk betekent is de uitzendfrequentie, oftewel de frequentie van de golven die het basisstation van de telefoon naar de handset zendt. Dat is het. In feite is de hertz zelf gewoon een eenheid voor frequentie in elke context: het is het aantal keren dat iets gebeurt in de loop van een seconde. In draadloze communicatie verwijst het naar golf oscillatie. In computers verwijst het naar de kloksnelheid van de processor. Voor TV’s is het de snelheid waarmee het scherm vernieuwd wordt; voor mij, die nu voor mijn computer zit te klappen, is het de snelheid waarmee ik dat doe. Eén hertz, langzaam klappen.
De vraag is dus waarom zoveel van uw gadgets op 2,4 GHz werken, in plaats van op de ~2.399.999.999 hele getallenfrequenties daaronder, of elk getal daarboven. Het lijkt bijna gecontroleerd, of geleid. Het lijkt, misschien, een beetje willekeurig. Het lijkt, nou ja, gereguleerd.
Een blik op de FCC-voorschriften bevestigt alle vermoedens. Een frequentieband rond 2,4 GHz is, samen met een handvol andere banden, aangewezen als de industriële, wetenschappelijke en medische radiobanden. “Veel van het vergunningsvrije materiaal – bijvoorbeeld Wi-Fi – bevindt zich op de 2,4 GHz- of de 900 MHz-frequenties, de ISM-banden. Je hebt geen vergunning nodig om daarop te werken.” Dat is Ira Kelpz, Deputy Chief, Office of Engineering and Technology bij de Federal Communications Commission, die precies uitlegt waarom deze ISM-banden aantrekkelijk zijn voor gadgetmakers: Ze zijn vrij te gebruiken. Als routers en draadloze telefoons en wat dies meer zij worden gedegradeerd tot een kleine band van 2,4 GHz, dan zullen hun radiogolven niet interfereren met bijvoorbeeld mobiele telefoons die werken op 1,9 GHz, of AM-radio, die uitzendt tussen 535 kHz en 1,7 MHz. De ISM is in feite een getto voor draadloze transmissie zonder vergunning, eerst aanbevolen door een stil agentschap in een Zwitsers kantoor van de VN, genaamd de ITU, vervolgens geformaliseerd, gewijzigd en gecodificeerd voor praktisch gebruik door de regeringen van de wereld, waaronder, natuurlijk, onze eigen FCC.
De huidige ISM-normen werden vastgesteld in 1985, en net op tijd. Onze telefoons stonden op het punt hun snoeren te verliezen, en in de nabije toekomst zouden breedband internetverbindingen tot stand komen en op magische wijze draadloos worden. Al deze gadgets hadden frequenties nodig waarvoor geen vergunning nodig was, maar die zich tussen de frequenties bevonden waarvoor dat wel nodig was. Frequenties die niet zo hoog waren dat ze ten koste gingen van de penetratie van uitzendingen (door muren heen, bijvoorbeeld), maar ook weer niet zo laag dat ze meterslange antennes nodig maakten. Kortom, ze hadden de ISM-banden nodig. Dus hebben ze die genomen.
Waarom 2.4?
Nu zijn er vele, vele frequenties die in aanmerking komen als “licentieloos”, maar slechts een handvol wordt gebruikt in onze telefoons, routers en walkie talkies.
In het geval van telefoons, die in combinatie met een specifiek basisstation worden verkocht, is het kiezen van de juiste vergunningsvrije frequentie een tamelijk eenvoudige rekensom: Een 900-MHz systeem zal gemakkelijker kunnen uitzenden door een huis met meerdere verdiepingen, maar een 2,4-GHz systeem zal een groter bereik hebben (indien ongehinderd) en vereist over het algemeen een kleinere antenne, waardoor de grootte van de telefoon binnen de perken blijft.
Wi-Fi routers begonnen als eigen, gekoppelde systemen die op allerlei frequenties werkten en pas met de codificatie van 802.11a een standaard – 5 GHz – bereikten. Toen kwam het Institute of Electrical and Electronics Engineers overeen dat 2,4 GHz, met zijn brede kanaalkeuze en bereik/penetratie/kostenpotentieel, een veiliger gok was. Tegenwoordig kunnen sommige Wireless N-routers zowel op de 2.4 GHz- als op de 5 GHz-band werken. Routers zouden net zo goed op 2,3 of 2,5 GHz kunnen werken, maar dat is niet toegestaan. Dat zijn de regels. De 2,4 GHz band, die loopt van ongeveer 2400 tot 483,5 GHz, is waar routers moeten leven.
Daarvoor kunnen ze de magnetron bedanken.
Magnetrons verwarmen voedsel door het te bestoken met, letterlijk, microgolven. (Het is belangrijk te vermelden dat in termen van elektromagnetische golven, microgolven, waarvan de golflengte varieert van een millimeter tot een meter, niet bijzonder “micro” zijn). Bij bepaalde frequenties veroorzaken dergelijke golven in water en vet iets wat diëlektrische verhitting wordt genoemd, terwijl zij dwars door andere materialen, zoals plastic of glas, gaan zonder deze veel op te wekken. (Metaal daarentegen wordt te veel opgewonden.) Voor een volledige uitleg over hoe diëlektrische verwarming werkt, klik hier, maar voor de doeleinden van dit artikel, weet alleen dit: Alleen bepaalde materialen zijn er gevoelig voor, en alleen als ze worden gebombardeerd met golven van een bepaalde frequentie en met een bepaald vermogen. Een van die frequenties is 915 MHz. Andere vallen op 5,8 GHz en 24 GHz. Maar de frequentie die effectief en relatief goedkoop te bereiken bleek te zijn, was 2,45 GHz. Dat is de frequentie die door uw magnetron wordt uitgezonden, daar in de keuken.
Dus, toen de FCC ging bepalen op welke frequenties gadgets zonder vergunning mochten uitzenden, moesten ze aan een heleboel dingen denken. Ten eerste moesten ze overwegen welke frequenties al in gebruik waren door zaken als radio en TV. Die zouden off-limits zijn. Vervolgens zochten ze uit welke van de resterende, bruikbare, niet-toegewezen frequenties al door bestaande apparatuur werden gebruikt. Eén ding viel hen op? Microgolven waren populair! Ze waren al commercieel sinds 1947. En in het algemeen werkten ze op een specifieke frequentie: 2,45 GHz. Ondanks zware afscherming konden de krachtige emissies van magnetrons soms interfereren met naburige frequenties, dus werd besloten dat ze in beide richtingen een paar megahertz ruimte moesten krijgen. En zo werd de 2.400-2.483,5-Mhz ISM-band geboren.
Dat deze vrije frequenties op een dag overvol zouden kunnen raken, was altijd al een mogelijkheid. Maar de FCC houdt zich in de eerste plaats bezig met de frequenties waarvoor zij licenties afgeeft; iedereen die op ISM-frequenties werkt, moet dus voor zichzelf opkomen. En dat doen ze ook! Uw magnetron en uw router kunnen golven uitzenden in hetzelfde frequentiegebied, en dit kan de verbinding van uw router een beetje verstoren. Over het algemeen zijn de routerbedrijven er echter in geslaagd de storing te minimaliseren door de signaalsterkte te verhogen en intelligentere firmware te schrijven. En de uitstoot van microgolven naar buiten wordt tenminste verondersteld tot een minimum te worden beperkt. (Dat geperforeerde metalen schild in de glazen deur van uw magnetron? Dat is een schild – de gaatjes erin zijn kleiner dan de fysieke breedte van de 2.4-GHz golf). Uiteindelijk werkt alles.
Dat wil niet zeggen dat de 2,4-GHz-band niet overvol raakt. Veel routers werken althans gedeeltelijk op de 5-GHz-band, en een snelle zoektocht bij uw plaatselijke Best Buy levert draadloze telefoons op 900 MHz, 1,9 GHz en 5 GHz op. Maar de koning van de frequentieberg, de band die geliefd is bij miljarden draadloze verbindingen over de hele wereld, of het nu gaat om Bluetooth, Wi-Fi of niet-standaard RF-afstandsbedieningen, is mijn band, uw band, onze band, 2.4. En dat allemaal omdat we ons eten wat sneller klaar wilden maken.
Origineel werk van gastkunstenaar Chris McVeigh (AKA powerpig). Je kunt al zijn werk zien op flickr.com/powerpig, en volg hem op Twitter. (@Actionfigured)
Zou je nog iets willen weten? Stuur vragen over That Thing That Doesn’t Make Sense hierheen, met “Giz Explains” in de onderwerpregel.
stuur een e-mail naar John Herrman, de auteur van dit bericht, op [email protected].