Praktická elektronika/Příjem signálu DCF77

Signál DCF77

Signál vysílače DCF77 slouží k přesné synchronizaci času a jeho nosný kmitočet je též možné použít jako zdroj přesného kmitočtu. Signál vysílače DCF77 je šířen v pásmu dlouhých vln na kmitočtu 77,5 kHz, což odpovídá délce vlny 3,87 km.

Šíření signálu

Dlouhovlnné signály se šíří dvěma cestami. Ohybem podle povrchu Země (přízemní vlnou) a vícečetným odrazem od ionosféry (prostorová vlna). Odrazy signálu od ionosféry jsou přes den utlumeny, proto při přijmu signálu DCF77 během dne převládá přízemní vlna se stabilním signálem.

V noci se signál přízemní vlny sčítá se signálem odraženým mezi ionosférou a zemí. Ionosféra bývá nepravidelně zvlněná, proto je odražený signál šířen zároveň několika cestami. Úroveň jednotlivých složek signálu a jejich vzájemný fázový rozdíl se neustále mění. Proto dochází k značnému kolísání síly přijímaného signálu.

Signál je v noci sice silnější, ale jeho minima přicházejí tak často, že mohou znemožnit kompletní načtení časového telegramu, který trvá jednu minutu.

Pro příjem normálového kmitočtu je problém kolísání vzdálenosti, na kterou se šíří prostorová složka signálu. Pro dosažení přesnosti alespoň 0,1 ppm je potřeba fázi přijímaného signálu průměrovat za dostatečnou dobu, nestačí použít přijímaný signál bez úprav.

Rušení signálu

Příjem signálů na dlouhovlnných pásmech je rušen několika zdroji.

Atmosferický šum

Vzniká především přes den v důsledku činnosti ionosféry a na kmitočtu 77,5 kHz může dosahovat až 80 dB nad tepelným šumem. Intenzita atmosferického šumu je v různých místech na zemi různá a zahrnuje též vliv vzdálených bouřek.

Průmyslové rušení

Vzniká různou průmyslovou činností (tyristorové regulace, obloukové pece, sršení VN vedení) a působí převážně na menší vzdálenost. Jeho úroveň bývá v některých místech i výrazně větší, než úroveň atmosferického šumu. Problém vzniku průmyslového rušení je i v tom, že normy na vyzařování (EMC) přísněji hlídají až kmitočty nad 150 kHz, kde začíná rozhlasové pásmo. Proto na kmitočtu 77,5 kHz nelze zaručit limity vyzařování.

Antény pro příjem signálu

Vzhledem k velké délce vlny není možné pro přijímač použít rezonanční délku antény (délka čtvrtvlnného dipólu je 0,97 km), ale používají se silně zkrácené antény. Jejich zisk je nižší než zisk antény s rezonanční délkou. U antény mnohem kratší než délka vlny lze rozlišit příjem elektrické a magnetické složky signálu.

Příjem elektrické složky

Pro příjem lze použít drátovou nebo i prutovou anténu. Její signál je závislý na délce antény, na výšce nad zemí a je značně tlumený v budovách. Elektrická složka signálu v budovách je značně rušena kapacitní vazbou s elektroinstalací, signál ruší i výboj v zářivkách. Proto se u DCF přijímačů tyto antény prakticky nepoužívají, použitelná je pouze venkovní drátová anténa.

Příjem magnetické složky

Signál DCF77 lze přijímat feritovou nebo rámovou anténou (jádro cívky tvoří vzduch). Při příjmu magnetické složky nezáleží na výšce antény nad zemí a do přijímače proniká i méně rušení z elektroinstalace. Anténa může mít i mnohem menší rozměry, než by měla anténa pro elektrickou složku. Pro příjem signálu DCF77 se používají téměř výhradně feritové antény.

Velikost a zisk antény

Vzhledem k značné úrovni atmosférického šumu je zbytečné používat anténu, která na vstup přijímače dodá atmosferický šum s úrovní vyšší, než je šum vstupu přijímače. Pro příjem slabého signálu DCF77 postačuje kvalitní feritová anténa s délkou 150 mm, nebo rámová anténa s průměrem 0,5 m.

Pro zvýšení citlivosti DCF přijímače s malou feritovou anténou lze použít laděnou rámovou anténu s průměrem nad 1 metr, která se na feritku přijímače naváže přímo bez zesilovače. Odpadá tím potřeba napájení.

Anténu pro magnetickou složku je nutné správně nasměrovat, anténa potlačuje rušení ze směru kolmého na směr příjmu.

Dosah vysílače DCF77 a síla signálu

Udávaný dosah vysílače DCF77 bývá 1500 až 2000 km. Dosah je závislý na parametrech přijímače (velikost a provedení antény, šum vstupu přijímače, selektivita) a na kvalitě programu pro dekódování signálu.

Síla signálu je závislá na vzdálenosti od vysílače a na denní době. V západní části České republiky je ve dne asi 1 mV/m, v Nymburce 0,6 mV/m a na východě Slovenska (Spišká Nová Ves) 0,1 mV/m. Rozdíl mezi sílou signálu ve dne a v noci vzrůstá se vzdáleností.

U šíření signálu na velkou vzdálenost je též možné pozorovat soumrakový jev, kdy ráno a večer dochází k zvýšení útlumu signálu. Na obrázku je síla pole DCF77 změřená a zprůměrovaná za týden ve vzdálenosti cca 1800 km na jihu Španělska. Na příjem signálu v tomto místě má vliv i rozsáhlé a vysoké pohoří Sierra Nevada, jehož rozměry jsou větší než délka vlny a signál stíní. V přibližně stejné vzdálenosti v Bulharsku, kam signál přichází téměř po rovině, je jeho síla přes den vyšší a stabilnější.

Externí odkazy

Další informace o příjmu signálu DCF77