Informacje Techniczne
Warunki Odbioru Sygnału DCF77 w Polsce
8 stycznia 2008
Sygnał DCF77 nadawany jest z Mainflingen (50o01' N, 09o00' E) koło Frankfurtu nad Menem w Niemczech.
Czas odmierzany przez zegar atomowy jest kodowany i wysyłany drogą radiową na falach ultradługich o częstotliwości 77.5kHz. Moc nadajnika wynosi 50kW, moc wypromieniowywana (EIRP) jest szacowana na ok. 30-35kW. Nadajnik wyposażony jest w antenę główną (150m wysokości) i dwie rezerwowe (200m wysokości). Swym zasięgiem obejmuje praktycznie całą Europę. Moc nadawanego sygnału zapewnia poprawny odbiór w promieniu do ok. 2100-2500 km od nadajnika (północno-wschodni kraniec Polski jest odległy o ok. 1100 km). Informacja nadawana jest w sposób ciągły, przerwy są spowodowane w zasadzie tylko burzami, ponieważ w trakcie prac konserwacyjnych następuje przełączenie na urządzenia rezerwowe.
Aby zapewnić ciągłość pracy i zapobiec przerwom związanym z ewentualną awarią, system składa się z dwóch atomowych zegarów cezowych, jednego rubidowego, trzech nadajników i trzech anten.
W skład nadawanej informacji wchodzą: data (dzień miesiąca, tygodnia, miesiąc, rok), czas (godziny, minuty, sekundy) oraz zabezpieczenia (bity parzystości) i zapowiedzi zmian czasu z/na letni/zimowy. Obecnie zmiana ta następuje w ostatnią niedzielę marca o godzinie 200 w nocy (przesuwamy czas do przodu na godzinę trzecią otrzymując czas letni) oraz w ostatnią niedzielę października o godzinie 300 w nocy (cofamy czas o jedną godzinę powracając do czasu zimowego).
Na uwagę zasługuje fakt, że zmiana czas następuje zawsze o godzinie 100 czasu UTC.
Moment zmiany czasu określa rozporządzenie Prezesa Rady Ministrów z dnia 15.03.2004r. na podstawie art. 3 ustawy z dnia 10.12.2003r. o czasie na obszarze Rzeczpospolitej Polskiej (Dz.U. z 2004r. Nr 16, poz. 144).
Propagacja sygnału DCF77
Energia wypromieniowywana rozchodzi się jako fala przyziemna i jonosferyczna. Do modelowania rozchodzenia się fali jonosferycznej można użyć modelu falowodowego lub modelu refleksyjnego. W obu tych modelach fala rozchodzi się (lub odbija pomiędzy) powierzchnią ziemi i warstwą D jonosfery. Odległość między nimi wynosi za dnia ok. 70 km, nocą ok 90 km. Natężenie fali przyziemnej jest większe od natężenia fali jonosferycznej w promieniu do ok. 600 km od nadajnika (zimą) i do ok. 1050 km (latem). Biorąc to pod uwagę należy pamiętać, że w miejscu odbioru sygnału obie fale ulegają nałożeniu i w szczególnych przypadkach mogą się one wzmacniać lub znosić. Dodatkowo na skutek zmian w jonosferze zachodzi zjawisko 'pływania fazy' fali jonosferycznej na skutek czego okresy wzmocnienia i osłabienia natężenia sygnału w danym miejscu odbioru zmieniają się w cyklach kilkunastominutowych (ok. 15 min). Wystarcza to zazwyczaj do odebrania pełnej informacji.
Pierwsze odbicie fali jonosferycznej ma zasięg ok. 2100km, zakłada się zatem, że taki jest efektywny zasięg odbioru sygnału DCF77. Odbiór z większych odległości jest możliwy, jednak w tym wypadku sygnał zostaje wielokrotnie odbity od ziemi i jonosfery i jest przez to bardzo słaby.
Warunki odbioru sygnału DCF77 w Polsce
Ze względu na to, że sygnał DCF77 nadawany jest na fali ultradługiej jest on wrażliwy na pewnego rodzaju zakłócenia. Ich źródłem mogą być urządzenia elektroniczne takie jak komputery, monitory, telewizory (z reguły odległość od nich powinna być większa niż 2m), anteny nadawcze, silniki szczotkowe (minimalna odległość zależy od poziomu emitowanych zakłóceń). Dodatkowo okresowe zakłócenia mogą powodować np. fronty atmosferyczne lub burze przechodzące w pobliżu, wschody słońca.
Nasze ponad 14-letnie doświadczenie w dziedzinie odbioru i wykorzystywania sygnału DCF77 poparte kilkunastoma tysiącami urządzeń naszej produkcji pracującymi w Polsce i za granicą, pozwala nam twierdzić, że nasze odbiorniki zapewniają prawidłowy odbiór sygnału praktycznie na całym terenie objętym zasięgiem nadajnika.
Zdecydowanie większe znaczenie dla poprawnego odbioru mają lokalne źródła zakłóceń niż np. położenie geograficzne. W szczególnych przypadkach może się okazać, że w danej lokalizacji odbiór DCF77 jest niemożliwy i należy zmienić położenie odbiornika. Rozwiązaniem może być np. odsunięcie odbiornika od źródła zakłóceń (max. długość przewodu 150m) lub umieszczenie odbiornika w wersji hermetycznej na zewnątrz budynku.
W zależności od charakteru, lokalne źródła zakłóceń mogą mieć różny zasięg: od ok. 1 metra (monitory komputerowe) do kilkunastu - kilkudziesięciu metrów (duże skupiska komputerów, maszty nadawcze itp). Dla uzyskania prawidłowego odbioru istotne jest poprawne zorientowanie odbiornika (zwłaszcza, gdy mamy do czynienia z dużym poziomem zakłóceń). Wymaga to czasem pewnego wyczucia, jest jednak w większości przypadków możliwe, czego dowodzą nasze licznie działające (także w warunkach przemysłowych aplikacje).
Na terenach o małym poziomie zakłóceń współczynnik prawidłowych rozkodowań waha się w okolicach 90%, natomiast na terenach o dużym poziomie zakłóceń może on wynosić kilka procent (np. tam, gdzie odbiór jest możliwy tylko w nocy).
Odbiornik działa zdecydowanie lepiej (jest odporniejszy na zakłócenia), gdy jest dobrze uziemiony. Jest to istotne zwłaszcza przy pracy odbiornika ze wspólnego zasilania z układami cyfrowymi.
Obecnie największym źródłem zakłóceń są maszty telefonii komórkowej (BTS'y). Odbiorniki pracujące w ich otoczeniu (w promieniu kilkudziesięciu metrów) mają utrudniony odbiór.
W miejscach, gdzie odbiór DCF77 jest bardzo zakłócony, a zmiana lokalizacji odbiornika DCF77 niemożliwa, zalecanym rozwiązaniem jest zastosowanie emulatora sygnału DCF77 naszej produkcji bazującego na odbiorze sygnału GPS.
Sposób dekodowania sygnału DCF77 opisany został tutaj.
Wykorzystana na stronie mapa zasięgu pochodzi ze strony www.ptb.de i została zamieszczona zgodnie z klauzulą dotyczącą jej kopiowania.