DCF77 (tijdseinzender)

De antennes van DCF77 in Mainflingen, Duitsland

Eenvoudige DCF77 ontvanger

Bereik van DCF77

DCF-ontvangers

DCF77 is een tijdseinzender die vanuit Mainflingen, Duitsland, via de langegolf op een frequentie van 77,5 kHz met een vermogen van 50 kW een signaal uitzendt dat binnen een straal van meer dan 1.500 km te ontvangen is. De zender wordt beheerd door de Physikalisch-Technische Bundesanstalt, een instantie die vergelijkbaar is met het Nederlands Meetinstituut.

Met een betrekkelijk eenvoudige ontvanger is het mogelijk een radiografische klok te maken die binnen geheel West-Europa hooguit enige tientallen milliseconden afwijkt. Het tijdseinsignaal van DCF77 wordt afgeleid van een aantal atoomklokken. De atoomklokken op de locatie in Mainflingen worden regelmatig gesynchroniseerd met de atoomklokken van de Physikalisch-Technische Bundesanstalt in Braunschweig, Duitsland.

Het signaal

Het langegolfsignaal is amplitudegemoduleerd met één puls per seconde. De pulsen zijn ofwel 100 ms ofwel 200 ms in lengte, waarbij de lange pulsen een binaire één voorstellen, en de korte een nul. Het begin van elke puls markeert het begin van de seconde, en aan het eind van de minuut ontbreekt er één puls om het begin van het gegevenspakket aan te geven. Op deze manier kan elke minuut in 59 bits verstuurd worden wat de tijd, dag, datum en het al dan niet aanwezig zijn van zomertijd is. De nauwkeurigheid hangt af van het betrouwbaar detecteren van het begin van elke seconde, en ligt in de orde van enkele tientallen milliseconden.

De betekenis van de bits in het signaal is te vinden in de tabel hieronder.

bit (seconde)	naam	doel
0	M	Minuutmarkering
1-14		gereserveerd
15	R	1 als reserve-zendantenne in gebruik is
16	A1	aankondiging omschakeling zomer/wintertijd
17-18	Z1, Z2	01 tijdens wintertijd, 10 tijdens zomertijd
19	A2	aankondiging van schrikkelseconde
20	S	Start van tijdsbericht, altijd 1
21-24		eenheden minuten
25-27		tientallen minuten
28	P1	controlesom van bit 21-27
29-32		eenheden uren
33-34		tientallen uren
35	P2	controlesom bit 29-34
36-39		eenheden datum
40-41		tientallen datum
42-44		dag van de week
45-48		eenheden maand
49		tiental maand
50-53		eenheden jaartal (0..9)
54-57		tientallen jaartal (0..9)
58	P3	controlesom bit 36-57
(59)	-	ontbrekende impuls; markeert einde van een minuut

Naast bovenstaande modulatie bevat het signaal nog een ander, dat gemoduleerd is met behulp van fasemodulatie (PRNG). Met behulp van dit extra signaal kan met speciale ontvangers een nauwkeurigheid van een paar microseconden bereikt worden.

Nauwkeurigheid

De frequentie van de draaggolf, 77,5 kHz, is ook afgeleid van een atoomklok en is te gebruiken als bijzonder nauwkeurige frequentiestandaard. De nauwkeurigheid over één dag bedraagt 1 op 10¹², over 100 dagen zelfs 1 op 10¹³, met een afwijking in fase ten opzichte van UTC die nooit meer dan 0,3 microseconde bedraagt.

Het spreekt vanzelf dat de nauwkeurigheid beïnvloed wordt door de afstand tot de zender. Is de zender 1000 km ver weg, dan zal de ontvanger ruim 3 milliseconden achter staan. Die geringe afwijking zal zelden van belang zijn, en desgewenst kan men ervoor corrigeren, aangezien de afstand tot de zender bekend is.

Ontvanger

Een DCF-ontvanger is een klok of horloge die de DCF-tijd zichtbaar maakt. Een dergelijke ontvanger is voor weinig geld te koop. Het is niet enkel een apparaat om het DCF-signaal uit te lezen. In de eerste plaats is een DCF-ontvanger een gewone kwartsklok waarvan de tijd op het scherm wordt getoond. De klok wordt op zijn beurt door het DCF-signaal gesynchroniseerd. Valt de ontvangst weg, dan loopt de klok op het kwartskristal verder. Hetzelfde gebeurt als de ontvangst kortstondig een andere tijd aangeeft dan de ingebouwde klok - ook dit wordt aanvankelijk als gestoorde ontvangst beschouwd. Als de ontvangst gedurende enige tijd consistent is, zal de klok weer gesynchroniseerd worden.

Problemen

Door de grote golflengte van ongeveer 4 kilometer is de ontvangst wel eens problematisch; veelal worden ferrietantennes toegepast om toch een zo sterk mogelijk signaal op te kunnen vangen. De frequentie van 77,5 kHz wordt nogal eens gestoord door in de nabijheid van de ontvanger werkende beeldschermen. In dergelijke gevallen moet de antenne zo ver mogelijk van de storingsbron opgesteld worden.

Tijdens onweer kan het nodig zijn de zender tijdelijk uit te schakelen.

Bij een kortstondige ontvangststoring zal een DCF-klok op het ingebouwde kristal verder lopen.

Onregelmatigheden in het tijdsverloop

Een interessante situatie ontstaat bij de overgang tussen zomer- en wintertijd en als er een schrikkelseconde wordt ingelast. Deze afwijkingen worden een uur vooraf aangekondigd met bit 16, respectievelijk 19. De klok ontvangt dus een uur lang elke minuut een aankondiging. Die aankondiging kan dus haast niet gemist worden - zelfs niet als de ontvangst af en toe wegvalt. Zou deze aankondiging er niet zijn, dan zou de tijd onverwacht verspringen, en de klok zou dat als een ontvangststoring beschouwen en er pas met enige vertraging op reageren. Dankzij de aankondiging kan de klok "weten" dat de tijd straks, op het hele uur, zal verspringen. Het gaat zelfs goed als er juist op het moment van de overgang een ontvangststoring is.

Veel goedkopere uurwerken of uurwerken die over beperkte energie beschikken (zoals horloges) synchroniseren overigens niet continu met de tijdseinzender, maar bijvoorbeeld slechts eens per uur of zelfs eens per dag; in het laatste geval kan het dus gebeuren dat zo'n klok bijna 24 uur te laat de overgang van of naar zomertijd correct weergeeft, dus een uur voor- of achterloopt.

Externe links

• Webpagina van PTB met informatie over DCF77 (Engelstalig)
• Website van DCF77 (Duitstalig)