DCF77

DCF77 on raadiojaam, mis saadab pikklaine ajasignaali. DCF77 asub Saksamaal Mainflingenis umbes 25 kilomeetrit kagus Frankfurdist. Raadiojaam koosneb kahest antennist ja antennimajast. Tavaline antenn on 150 meetrit ja tagavaraantenn on 200 meetrit pikk. Tagavaraantenn on selle jaoks, et kui põhiantenn peaks katki minema või parasjagu tehakse hooldamistöid, siis on võimalik seda kasutada. 

Raadiojaama korrashoiu eest vastutab Media Broadcast GmbH. Mõlemal antennil on 50 kW saatja. DCF77 ajasignaal saadakse aatomikellast, mis asub Physikalisch-Technische Bundenstaltis (PTB) Brauschweigis, ja kandesageduseks on 77,5 kHz. Signaali leviala raadiuseks on umbes 2000 kilomeetrit. Kodeeritud ajasignaal hõlmab kellaaega, kuupäeva ja nädalapäeva. Seda signaali saadetakse korra iga minuti tagant ühesekundiliste impulssidega.   

DCF77 edastab signaali 24 tundi ööpäevas. Signaal on kättesaadav 99,7% aastast. Aastast 1977 pole regulaarsed katkestamised hooldustööde jaoks enam vajalikud, kuna on olemas tagavaraantenn. Mõneminutilisi katkestusi tuleb siiski ette, sest tagavaraantennile üleminek vajab oma aega. 2013. aastal oli signaal kättesaadav 99,92% aastast. Pikemad katkestused toovad halvad ilmastikutingimused.  

DCF77 ajasignaali kasutatakse palju Mandri-Euroopas, näiteks rongijaamade ajapidamise süsteemides, informaatika ja telekommunikatsiooni alal, raadio- ja televisioonijaamades. Kõige rohkem kasutavad seda aga tavainimesed, kelle käe-, äratus- ja seinakellad suudavad vastu võtta seda ajasignaali ja end siis vastavalt sellele korrigeerida.

Ajalugu
Pärast Teist maailmasõda oli tolleaegne suurim Naueni raadiojaam jäänud Ida-Saksamaa territooriumile. Seepärast tekkis vajadus uue suurema raadiojaama järele. Uut raadiojaama hakati rajama Mainflingenisse vana lennujaama territooriumile.
Saatmiskatsetusi alustati aastal 1956, ehkki jaama tegevuse ametlikuks alguspäevaks loetakse 1. jaanuari 1959, kui ajasignaali hakati edastama DCF77-ga sagedusel 77,5 kHz. 5. juunil 1973 lisati kuupäeva ja aja informatsioon.

Ajasignaal

Amplituudmodulatsioon
DCF77 kasutab amplituudmodulatsiooni, et saata digitaalselt kodeeritud aja informatsiooni. Iga sekundi alguses (välja arvatud iga minuti 59. sekund) vähendatakse kandelaine amplituudi kahekümne viiele protsendile kas 0,1 või 0,2 sekundiks. Kandelaine amplituudi vähendamine tähendab sekundi algust. 59-sekundil kandelainet ei vähendada sellepärast, et see tähistab uut minutit. Kui kandelainet vähendatakse 0,1 sekundit, siis see tähendab, et saadetakse loogiline 0. Kui vähendatakse 0,2 sekundit, siis saadetakse loogiline 1.

Impulssfaasmodulatsioon
Amplituudmodulatsiooni signaalil on alati mingisugune häiriv müra peal. See tähendab, et saadud signaal tuleb lasta läbi madalpääsufiltri. See moonutab demoduleeritud signaali 10±3 ms raadiuses. Seepärast on kandesignaalil lisaks amplituudmodulatsioonile ka impulssfaasmodulatsioon koos pseudojuhusliku müra jadaga, mis koosneb 512 bitist. Selles bitijadas on ühtesid ja nulle võrdselt. Ühe biti pikkus vastab 77,5 kHz kandesignaali 120 perioodile, mis teeb umbes 1,55 ms. Impulssfaasmodulatsioon kestab umbes 793 ms. See algab 200 ms pärast sekundi algust ja lõpeb vahetult enne uue sekundi algust. Maksimaalne faasi kõrvalekalle on ±10°. Impulssfaasmodulatsiooniga saab täpsemalt kindlaks määrata, mis ajal ajasignaal kohale jõudis.

Ajakoodi lugemine
Aeg on esitatud kümnendaarvuna binaarselt. Aeg, mida saadetakse, on järgmise minuti aeg. Näiteks, kui saadetakse kuupäeval 31.12 ja kellaajal 23:59 signaal, siis signaal, mida tegelikult saadetakse, on 01.01 00:00. Iga sekundiga saadetakse üks bitt. Esimesed 15 bitti pole väga ajaga seotud. Bitid 21–28 esitavad minuteid, 29–35 esitavad tunde, 36–41 esitavad kuupäeva, 42–44 esitavad nädalapäeva, 45–49 kuud ja 50–57 on bitid, mis esitavad aastat.

Impulssfaasmodulatsioon üldiselt kodeerib samad andmed mis amplituudmodulatsioon. Edastavad andmed erinevad bittidel 0–14 ja 59, viimasel amplituudmodulatsiooni ei ole. Sellel on ainult impulssfaasmodulatsioon, mis annab talle alati väärtuse 0. Bitid 0–9 on impulssfaasmodulatsiooniga alati väärtusega 1 ja bitid 10–14 on väärtusega 0.

Kodanikukaitse ja ilmaennustuse signaal

Bitid 1–14 on selle jaoks, et Föderaalne kodanikukaitse ja Katastroofiabi saaks saata hoiatusi rahvale. Lisaks kasutab neid bitte veel Meteo Time GmbH ilmaennustamiseks.

Vastuvõtuala
DCF77 vastuvõtuala katab päris suurt osa Euroopast. Selle signaali vastuvõtu raadiuseks on umbes 2000 km. Signaali tugevus ise on vähemalt 100 µV/m. Selle signaali tugevus sõltub veel mitmest faktorist, nagu näiteks kellaajast, aastaajast ja päikese tegevusest.

Signaali levimine
DCF77 ajasignaal, mis kiirgub saateantennist, jõuab vastu võtja juurde kahel viisil. Ühel juhul see levib maa lainena mööda maa pinda teisel juhul jõuab signaal taevalaine pärast seda, kui ta on ionosfääri D-kihilt tagasipeegeldunud.

Väga stabiilsel maa lainel on küllaltki suur ulatus, umbes 500 kilomeetrit. Signaali vastuvõtuala tugevus on selgelt tugevam kui taevaline oma. Kaugustelt, mis on alla 500 kilomeetri saatjast on maalaine tugevus umbes 1 mV/m.

Kaugustelt 600–1100 kilomeetrit võivad maa ja taeva lained olla sama tugevad, mis võib viia vastastikulisele nõrgenemisele, kui mõlemad signaalid on faasist väljas. Teisalt võib võrdne faas tugevdada signaali.

Kaugustelt üle 1100 kilomeetri jääb maa laine tugevus järjest nõrgemaks. Taeva laine levimiskiirus on, eriti päevasel ajal, suurematele kaugustele parem. Distantsidel 1100–2000 kilomeetrit on taevalaine väljatugevus umbes 100 µV/m.

Viited

Raadioside