DCF77

Der DCF77- Zeitzeichen-Sender wird betreut von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig (www.ptb.de) die seit 1978 durch das 'Gesetz über die Zeitbestimmung' (kurz: Zeitgesetz) mit der Definition, Darstellung und Verbreitung der sog. gesetzlichen Zeit in Deutschland beauftragt ist. Seit Juli 2008 ist dies Gesetz aufgehoben und abgelöst durch das 'Gesetz über die Einheiten im Messwesen und die Zeitbestimmungen' wo sich seine Inhalte nun wiederfinden.

Die Zeitbasis wird dabei von mehreren redundanten Cäsium-Uhren mit einer Abweichung von ca. 1 Sekunde in 30.000 Jahren geliefert, welche von der PTB betreut werden. Dies entspricht einem relativen Fehler am Sendeort von max. 10-12 . Da das Zeitsignal per Funk übertragen wird, liegt dieser Wert allerdings in einer Größenordnung, wo die Signallaufzeiten (in Abhängigkeit von der Entfernung zum Sender) bereits verschlechternde Auswirkungen haben.

Die Bezeichnung DCF 77 leitet sich aus dem internationalen Rufzeichen der RRB (Radio Regulation Board) ab. Hierbei steht d für Deutschland, C für Langwellensender und F für den Standort Frankfurt.. Die Zahl 77 leitet sich aus der Sendefrequenz (77,5kHz) ab.

Der Sender selbst steht wegen der zentralen geographischen Lage in Mainflingen bei Frankfurt am Main. Von dort strahlt er sein Langwellensignal radial in alle Richtungen ab und ist in einem Umkreis von ca. 1500 - 2000km zu empfangen. Er deckt somit den gesamten mitteleuropäischen Raum ab.

Da Empfangsantennen für Langwellen in aller Regel als Ferritkernspulen ausgeführt sind, die ausschließlich den magnetischen Anteil aus einer elektromagnetischen Welle abgreifen, welcher sich stets vertikal und konzentrisch zur Sendeantenne ausbreitet, ist es ratsam, die Antenne nicht direkt auf Frankfurt zu richten, sondern diese quer zu dieser Richtung zu positionieren. Damit erzielt man die besten Empfangsergebnisse.

Elektromagnetische Wellen in diesem Frequenzbereich breiten sich prinzipbedingt zu etwa gleichen Teilen als Bodenwelle entlang der Erdoberfläche und als Raumwelle direkt in die Atmosphäre aus. Bis zu einer Entfernung von ca. 600km vom Sender überwiegend als Bodenwellen aus. Ab einer Entfernung von ca. 1100km kommt überwiegend der Raumwellenanteil zum Tragen. Dazwischen kann es - je nach Aufstellposition des Empfängers zu interferenzbedingten Auslöschungen (Fading) von bis zu 15 Minuten zeitlicher Länge kommen. Manche DCF77-Empfänger sind daher quartzuhrgepuffert. In den allermeisten Anwendungen kommen diese Ausfälle jedoch nicht zum Tragen, da die synchronisierten Systeme i.A. nur punktuell abgeglichen werden und somit nicht auf ein dauerhaftes Signal angewiesen sind.

Da das Trägersignal in Frequenz und Phasenlage mit einer der Cäsiumuhren synchronisiert wird, ist es ebenfalls hochgenau frequenzstabil und kann auch als Referenzsignalfrequenz ohne Auswertung der Zeitinformation genutzt werden, was von vielen Nutzern des Signals auch so eingesetzt wird.

Die Übertragung der Zeitinformation geschieht als digitales Signal in Form einer Reduktion der Signalamplitude des Trägersignals auf 25% (negative Amplitudenmodulation) im Sekundentakt. Bei jeder 59. Sekunde bleibt diese Absenkung aus - dies markiert somit den Beginn der jeweils nächsten Minute.

Mit diesem Signal kann man nun Uhren im gesamten Empfangsbereich im Gleichlauf halten, denn es werden Sekunden- und Minutentaktinformation übermittelt, nicht jedoch ein selbsttätiges Stellen der Uhren bewirken.

Dazu wird seit 1973 zusätzlich binäre Information in das Taktsignal eingebettet. Die zeitliche Dauer der Amplitudenreduktion zu Beginn jeder Sekunde codiert dabei diese zusätzliche binäre Information. 100ms übertragen eine binäre 0, 200ms eine binäre 1. Somit enthält jede Minute Platz für 59Bit Informationsübertragung, die zur Übermittlung der aktuellen Minute und Stunde, des Wochentages, des Monatstages, der zweistelligen Jahreszahl, der Information über Sommer- oder Winterzeit, der Schaltsekunden, von Paritätsbits, sowie seit 2006 von Wetterinformationen der Fa. MeteoTime und Informationen des Katastrophenschutzes genutzt werden.

Da das beschriebene Verfahren der Amplitudenmodulation anfällig ist gegen Störstrahlungen der zunehmend aufkommenden gepulsten Netzteile, gegen bestimmte Oberwellen der Zeilenfrequenz von Fernsehempfängern, sowie atmosphärische Einflüsse (Störimpulse durch Gewitterentladungen) werden ferner seit 1983 diese binären Informationen auch noch über eine sog. Phasenmodulation übertragen, die im weitaus komplexeren Verfahren der Kreuzkorelation ausgewertet werden. Näheres hierzu findet sich auf den Seiten der PTB (www.ptb.de)

Die Codierung von Zeitzeichen in anderen Ländern erfolgt - mit Ausnahme der Schweiz - in vollständig unterschiedlichen Verfahrensweisen. Allen gemeinsam ist lediglich die Übertragung via Langwellenträger. Es werden daher für die Signalnutzung der jeweiligen landesspezifischen Sender unterschiedliche Empfangsmodule benötigt. Allerdings ist - wie aus der oben gezeigten Karte ersichtlich - der Empfang des DCF77-Signales in weiten Teilen Europas möglich

Rufzeichen	Land	Standort	Trägerfrequenz (kHz)	Senderleistung (kW)
BPC	China	Pucheng	68,6	20
DCF77	Deutschland	Mainflingen	77,5	30
HBG	Schweiz	Prangins	75	20
JJY	Japan	Oktahadoyayama	40	12,5
JJY	Japan	Haganeyama	60	15
MSF	UK	Rugby	60	15
WWVB	USA	Colorado Springs	60	65

Quelle: PTB-Mitteilungen 114 (2004), Heft 4

LINDY-Elektronik GmbH, 2008-2009, Stand Januar 2009
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