DCF77

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
De antennes van DCF77 in Mainflingen, Duitsland
Eenvoudige DCF77-ontvanger
Bereik van DCF77

DCF77 is een tijdseinzender die vanuit Mainflingen in Duitsland via de lange golf op een frequentie van 77,5 kHz met een vermogen van 50 kW een signaal uitzendt dat binnen een straal van meer dan 1500 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.

Het signaal[bewerken]

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. Aan het eind van de minuut ontbreekt er één puls om de grens tussen twee gegevensblokken te kunnen onderscheiden. Op deze manier worden elke minuut in 59 bits de datum, tijd, weekdag en het al dan niet geactiveerd zijn van zomertijd verstuurd. 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. Getallen worden in BCD-code verstuurd. Zowel de cijfers binnen een getal als de bits binnen een cijfer beginnen met de minst significante (zo worden de eenheden vóór de tientallen verstuurd). Voor cijfers met een beperkt bereik (zoals de tientallen van de uren) zijn minder dan vier bits gereserveerd.

bit (seconde) naam doel opmerkingen
0 M minuutmarkering altijd 0
1-14 gereserveerd wordt sinds eind 2006 onder meer gebruikt voor meteorologische informatie
15 R reserveantenne 1 indien reserveantenne in gebruik is
16 A1 vooraankondiging van omschakeling zomer/wintertijd 1 gedurende een uur voorafgaand aan de omschakeling
17 Z1 zomertijd 1 tijdens zomertijd
18 Z2 wintertijd 1 tijdens wintertijd
19 A2 vooraankondiging van schrikkelseconde 1 gedurende een uur voorafgaand aan het invoegen van een schrikkelseconde
20 S start van tijdsbericht altijd 1
21-27 minuten BCD
28 P1 controlebit over bit 21-27 even pariteit
29-34 uren BCD, van 0 tot en met 23
35 P2 controlebit over bit 29-34 even pariteit
36-41 dagnummer binnen de maand BCD
42-44 weekdag 1=maandag, 2=dinsdag, ... 7=zondag
45-49 maandnummer BCD
50-57 jaartal laatste twee cijfers, BCD
58 P3 controlebit over bit 36-57 even pariteit
(59) ontbrekende puls om opeenvolgende codeblokken te kunnen onderscheiden

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.

De code die verstuurd wordt, slaat op het tijdstip dat bereikt wordt aan het einde van het code, oftewel om middernacht wordt begonnen aan een code die betrekking heeft op één minuut over twaalf.

Nauwkeurigheid[bewerken]

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[bewerken]

DCF-ontvangers

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[bewerken]

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 wel 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[bewerken]

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 ontvanger 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 ontvanger zou dat als een ontvangststoring beschouwen en er pas met enige vertraging op reageren. Dankzij de aankondiging kan de ontvanger 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[bewerken]