Zeitzeichensender DCF77

DCF77 ist ein Zeit- und Normalfrequenzsender, der unter anderem für die Steuerung von Funkuhren, seine Signale auf Langwelle abstrahlt. Der Zeitzeichensender DCF77 steht etwa 25 km südöstlich von Frankfurt, in der Nähe des Ortes Mainflingen.Wer sich den Standort auf einer Karte im Internet ansehen möchte, findet die Anlage bei den Koordinaten 50° 01′ 00“ nördlicher Breite und 9° 00′ 30“ östlicher Länge. Der Sender wird laut Internetseite der Physikalisch Technischen Bundesanstalt (PTB) von der Fa. Media Broadcast GmbH betrieben, während das Zeitsignal von der PTB bereitgestellt wird.

Abnehmer für das Signal sind neben der Bahn, Telekommunikationsunternehmen, Rundfunkanstalten, Energieversorgern vor allem auch Privatleute, die das Signal mit ihren Armbanduhren oder Weckern empfangen. Aber auch z.B. in Ampelsteuerungen sind entsprechende Empfänger für DCF77 zu finden.

Nach den Regeln der ITU muss ein Sender immer dann ein Rufzeichen zugeteilt bekommen, wenn aufgrund der möglichen Ausbreitungsbedingungen die Frequenzen des Senders auch außerhalb des Stammlandes aufgenommen werden können. Die ITU hat Deutschland den Rufzeichenblock DAA bis DRZ zugeteilt. Mit DCF fällt die Senderkennung entsprechend in diesen Block. Die Zahl 77 steht für die Sendefrequenz von 77,5 kHz. Da die Signale von DCF77 aufgrund ihrer Struktur eindeutig zugeordnet werden können, verzichtet mal seit einigen Jahren auf die Aussendung des Rufzeichens.

Der Sender strahlt im Langwellenbereich auf der Frequenz 77.5 kHz mit einer Sendeleistung von 50 kW. Als Antenne wird ein 150 m hoher vertikaler Rundstrahler eingesetzt. Der Antennengewinn ist etwas schlechter als der eines entsprechenden Dipols. Die EIRP beträgt damit ca. 35 kW. Jede Sekunde wird ein Impuls von 100 ms oder 200 ms abgestrahlt. Um es genauer zu beschreiben: Die Trägerfrequenz wird jede Sekunde um die vorgenannte Dauer auf 15% der Maximalamplitude abgesenkt.Dadurch ist es möglich kontinuierlich die Trägerfrequenz aus dem Signal zu gewinnen und Normalfrequenzgeneratoren nachzusteuern oder zu kalibrieren. In der 59. Sekunde erfolgt keine Absenkung des Trägers und somit keine dcf77_signalAussendung eines Impulses. Mit der Dauer der Impulse von 100 ms oder 200 ms lassen sich dann binäre Daten „0“ und „1“ unterscheiden. Somit ist es möglich, neben der den Impulsen auch noch die Uhrzeit und das Datum mit zu übertragen.

3 Atomuhren sorgen für die Bereitstellung der korrekten Uhrzeit und die Stabilität der Frequenz.Durch den zusätzlichen Einsatz einer unterbrechungsfreien Stromversorgung und eines Ersatzsenders ist somit eine nahezu 100 prozentige Ausfallsicherheit gegeben.

Die Ausbreitung der abgestrahlten Signale erfolgt zum Einen über die Bodenwelle und zum Anderen über die Raumwelle. Die Bodenwelle ist mit sehr konstantem Signal bis 500 km um den Sender zu empfangen. Im Bereich zwischen 600 km und 1000 km Entfernung sind Raumwelle und Bodenwelle etwa mit gleicher Signalstärke zu empfangen. Dies führt durch die Überlagerung der beiden Signale zu Verstärkungen, aber auch zur gegenseitigen Auslöschung. Diese Schwebungen sind allerdings sehr langsam und dauern bis zu 1/4 Stunde an. Dies reicht allemal für die Synchronisierung von Uhren.

Die Reichweite der Raumwelle, bei einem Hop erstreckt sich bis zu einer Entfernung von 1900 Metern tagsüber und 2100 km nachts. Damit ist das Signal von DCF77 in weiten Teilen von Europa zu empfangen. Die Reflexion der langwelligen Signale erfolgt dabei an der D-Schicht der Ionosphäre.

Die Abstrahlung des Zeitzeichensignals von DCF77 auf Langwelle bietet den Vorteil, dass diese Frequenzen nur unwesentlich von Gebäuden und Bäumen behindert werden und somit auch innerhalb von Gebäuden problemlos empfangen werden können. Ein Aussendung der Signale wäre auch über Satellit denkbar, aber dann ist eine freie Sicht zum Himmel notwendig. Dies würde Außenantennen erfordern.

Warum veröffentliche ich diesen Beitrag in der Rubrik Arduino? In dern nächsten Wochen werde ich einige Beträge veröffentlichen, die Experimente beschreiben, wie die Signale eines DCF77 Empfängers von einem Arduino verarbeitet werden können. Dem Aufbau des Zeitzeichensignals widme ich dann noch einen eigenen Artikel.

 

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