Der Zeitzeichensender DCF77 ist ein Langwellensender im Ortsteil Mainflingen der Gemeinde Mainhausen (Landkreis Offenbach) etwa 26 km ostsüdöstlich von Frankfurt am Main. Er versorgt die meisten funkgesteuerten Uhren im westlichen Europa mit der in Deutschland geltenden gesetzlichen (Uhr-)Zeit.
Die Sendefrequenz beträgt 77,5 kHz. Die Bezeichnung DCF77 ist das dem Sender zur internationalen Identifikation zugewiesene Rufzeichen. Er ist Teil der Sendeanlagen in Mainflingen.
Seine im Sekundentakt gesendeten Zeitzeichen übertragen innerhalb einer Minute entweder die mitteleuropäische Zeit oder die mitteleuropäische Sommerzeit.
Allgemein mini|hochkant=1.2|links|Lage und Reichweite des Senders Der Sender in Mainflingen arbeitet auf der Sendefrequenz 77,5 kHz mit einer Leistung von 50 kW. Die Sendemasten der T-Antennen sind von der A 3 und der A 45 am Seligenstädter Dreieck zu sehen.
Über DCF77 sendet die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig seit 1959 eine Normalfrequenz und seit 1973 zusätzlich ein Datensignal für Datum und Uhrzeit. Die PTB ist durch das Gesetz über die Einheiten im Messwesen und die Zeitbestimmung dazu verpflichtet, die gesetzliche Zeit darzustellen und zu verbreiten. Betrieben werden die Anlagen in Mainflingen durch die Media Broadcast GmbH, die aus einer ehemaligen Untergesellschaft von T-Systems hervorging und seit März 2016 dem Mobilfunkanbieter mobilcom-debitel gehört. Der Vertrag mit Media Broadcast wurde im November 2021 verlängert bis 2031.
Als Basis zur Erzeugung des Zeitsignals dient am Senderstandort eine von der PTB entwickelte Steuereinrichtung mit drei kommerziellen (etwas weniger aufwendigen) Atomuhren. Diese Steuereinrichtung wird mit den primären Atomuhren der PTB in Braunschweig (zwei Caesium-Uhren und zwei Caesium-Fontänen) synchronisiert.PTB Braunschweig: Wie funktioniert die Zeitübertragung? Abgerufen: 30. April 2016PTB Braunschweig: DCF77 Steuereinrichtung Abgerufen: 21. Januar 2013 Das so gewonnene Signal hat am Sendeort eine Genauigkeit mit einer relativen Standardabweichung von maximal 10−12. Das entspricht einem Fehler von einer Sekunde in 30.000 Jahren.
Rufzeichen Das Rufzeichen des Senders, festgelegt in der Internationalen Frequenzliste der ITU, lautet „DCF77“. Es leitet sich ab von D für Deutschland, C für Langwellensender, F wegen der Nähe zu Frankfurt, sowie der Zahl 77 für die Trägerfrequenz 77,5 kHz.
Das Rufzeichen wurde früher vom DCF77-Sender gesendet, und zwar (je zweimal nacheinander) dreimal stündlich als Morsecode während der 20. bis 32. Sekunde der Minuten 19, 39 und 59. Obwohl die Rufzeichenerzeugung elektronisch ohne Unterbrechung der Zeitmarkenfolge erfolgte, bewirkte ihre Aussendung eine Verschlechterung des Signal-zu-Rausch-Abstands der entsprechenden Sekundenmarken. Da aufgrund der speziellen Signalform der DCF77-Signale eine eindeutige Zuordnung dieser Signale zum Sender DCF77 immer möglich ist, wird in Übereinstimmung mit den Bestimmungen der Vollzugsordnung für den Funkdienst seit 2007 auf die Aussendung des Rufzeichens verzichtet.PTB Braunschweig: Senderkennung; abgerufen: 27. April 2017 mini|DCF77 Signalstärke, gemessen in Nerja, an der Südküste Spaniens, 1.801 km vom Transmitter in Mainflingen entfernt.
Empfangsgebiet Das DCF77-Signal kann – abhängig von der Tages- und Jahreszeit – bis zu einer Entfernung von etwa 2000 km empfangen werden. Bei Überreichweiten ist die Reichweite von Langwellen erheblich größer. Es sind Fälle bekannt, in denen sich Uhren in Kanada und auf den Malediven synchronisierten.
Rechtliche Bedeutung Im Zeitgesetz von 1978 wurde die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) mit der Verbreitung der gesetzlichen Zeit in Deutschland beauftragt. Vorher wurde diese Aufgabe vom Deutschen Hydrographischen Institut (DHI) wahrgenommen. Die über DCF77 verbreitete Zeitinformation stellt die offizielle Zeit der Bundesrepublik Deutschland dar. Das Zeitgesetz wurde 2008 durch das Einheiten- und Zeitgesetz abgelöst. Die Aufgabe der PTB, „die gesetzliche Zeit darzustellen und zu verbreiten“, ist darin übernommen worden.Gesetz über die Einheiten im Messwesen und die Zeitbestimmung, §6 Abs. 2 Pkt. 2; abgerufen: 29. November 2017
Weitere Sender Andere bekannte Zeitdienste sind MSF in England (60 kHz), France Inter in Frankreich (162 kHz), sowie die Sendergruppen RWM in Russland (4,996 MHz, 9,996 MHz und 14,996 MHz), WWV, WWVB, WWVH in den USA (60 kHz; 2,5, 5, 10, 15 und 20 MHz) und bis 2011 HBG in der Schweiz (75 kHz).
Zeitskalen Im Gegensatz zu anderen Zeitzeichensendern wird eine Differenz dUT1 zwischen Erdrotationszeit und Atomzeit nicht (mehr) übertragen.
Signal
Das Trägersignal von 77,5 kHz ist in Frequenz und Phasenwinkel mit der steuernden primären Atomuhr synchronisiert und besitzt deshalb nur geringe Abweichungen von der Sollfrequenz. Über einen Tag sind das weniger als relativ 2 · 10−12, im Mittel über 100 Tage um weniger als relativ 2 · 10−13. Es kann somit ohne Auswertung der Zeitinformation als Normalfrequenz für sehr genaue Hoch- und Niederfrequenzgeneratoren genutzt werden.
Ein Problem entsteht, wenn starker Wind die T-Antenne bewegt. Das äußert sich in einer messbaren Phasenmodulation des empfangenen Signals.
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Sender und Antenne Der Langwellensender hatte zu Beginn der Sendeversuche 1956 zunächst eine Leistung von 12,5 kW.Ein Export von Googlemaps enthält die Beschriftungsebene, mapframe jedoch nicht (Stand Februar 2025). Also mit Funktion Teilen Koordinaten ermittelt und per JSON eingezeichnet. Später verwendete man einen Röhrensender mit 50 kW. Ab 1998 arbeitet ein transistorisierter Sender gleicher Leistung, der aus 48 parallel geschalteten Modulen mit je 1 kW besteht. Der Röhrensender steht weiterhin als Reserve bereit und besitzt eine eigene Antenne. Beide Antennen sind T-Antennen, die Hauptantenne ist 150 m hoch, die Reserveantenne 200 m.
Bei starkem Sturm und dadurch stark bewegter Antenne muss der Sender vorübergehend außer Betrieb genommen werden, da die Auslenkung zu einer Fehlanpassung der Antenne führt. Auch Eisansatz kann zu einer Fehlanpassung und erforderlichen Abschaltung führen. Gewitter am Sendeort führen hingegen bei Blitzschlag nur zu einer kurzzeitigen automatischen Unterbrechung des Senders, um die Schutzfunkenstrecken zu löschen.Andreas Bauch, Peter Hetzel, Dirk Piester: Zeit- und Frequenzverbreitung mit DCF77: 1959 – 2009 und darüber hinaus in: Amts- und Mitteilungsblatt der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt Braunschweig und Berlin, 119. Jahrgang, Heft 3, September 2009, Seite 218ff, abgerufen am 26. November 2023
Die vom Sender erzeugte Leistung von 50 kW wird etwa mit 30 bis 35 kW EIRP nahezu kreisrund (Abweichung ca. 2 dB) und vertikal polarisiert abgestrahlt. Die Antenne strahlt etwa eine Leistung von 30 kW ab, wesentlich dafür ist ein aufwendiges Erdungsnetz im feuchten Boden.
Bis zu einer Entfernung von etwa 600 km ist das Signal als Bodenwelle zu empfangen. Ab etwa 1100 km überwiegt die Raumwelle. Besonders im Abstand von 600 km bis 1100 km vom Sender kann es gelegentlich bei gleichen Feldstärken von Boden- und Raumwelle zur Auslöschung des Signals kommen (Fading von 15 min Dauer und mehr). Die Sollreichweite beträgt 2000 km (vgl. Empfangsgebiet). In dieser Entfernung können empfindliche Empfänger tageszeitabhängig noch ein ausreichendes Signal empfangen.
Die Luftlinienentfernung zwischen Haupt- und Reserveantenne beträgt 350 m. Bei einem Empfängerstandort in Richtung Nordwesten oder Südosten ergibt sich ein maximaler Laufzeitunterschied von und als Minimum genau querab verschwindet der Laufzeitunterschied. Der Wert für andere Himmelsrichtungen liegt dazwischen.
Übertragungsverfahren
Die Zeitinformationen werden sowohl mittels Amplitudenumtastung, das ist das ältere Verfahren, als auch seit Mitte 1983 und parallel dazu mittels Phasenmodulation, übertragen. Die Phasenmodulation erlaubt gegenüber der Amplitudenumtastung eine um mehrere Zehnerpotenzen genauere absolute zeitliche Auflösung zur Erkennung des Sekundenanfangs. Die Trägerfrequenz des Senders, also 77,5 kHz, stellt zusätzlich die Normalfrequenz dar.
Amplitudenumtastung mini|Amplitudenmodulierte Sendeleistung von DCF77 über die Dauer von vier Sekunden mini|Eine Aufzeichnung des empfangenen Signals über 1:30 Minuten, beginnend bei Sekunde 45. Kurze und lange „Lücken“ sind deutlich unterscheidbar. Bei 0:14 und 1:14 fehlt die Lücke, dies markiert eine volle Minute. Das Rauschen auf dem Ton zwischen den Lücken ist die Phasenmodulation, die nach einer kurzen Lücke erst verzögert einsetzt. Die Amplitudenumtastung geschieht durch negative Modulation des Signals durch Absenken der Trägeramplitude auf etwa 15 % im Sekundentakt. Innerhalb einer Minute liegen die Absenkungen jeweils am Beginn der Sekunden 0 bis 58. Mit der letzten Sekunde 59 erfolgt keine Absenkung, wodurch die nachfolgende Sekunde (hier dann wieder mit Absenkung) den Beginn einer Minute (Sekunde 0) kennzeichnet und so der Empfänger synchronisiert werden kann. Enthält die Minute eine Schaltsekunde, so enthält auch die Sekunde 59 eine Absenkung und eine (zusätzliche) Sekunde 60 ohne Absenkung folgt. Damit stehen innerhalb einer Minute 59 Bits für Informationen zur Verfügung.
Die Länge der Amplitudenabsenkungen am Beginn der Sekunden steht jeweils für den Wert eines binären Zeichens: 100 ms Absenkung stehen für den Wert „0“, 200 ms für „1“. Die Bits, deren Zählung bei 0 beginnt, werden wie folgt verwendet:
Bit Bedeutung der Werte 0 „0“: Start einer neuen Minute 1–14 bis Mai 1977: Differenz UT1−UTC als vorzeichenbehaftete Zahlbis Nov. 2006: Betriebsinformationen der PTB (meist alle 14 Bits null)seit Dez. 2006: Wetterinformationen der Firma MeteoTime sowie Informationen des Katastrophenschutzes
Die Sekundenmarken 15 bis 19 enthalten Informationen über Unregelmäßigkeiten des Senderbetriebs (Rufbit zum Alarmieren der PTB-Mitarbeiter), über die Zeitzone und kündigen Beginn und Ende der Sommerzeit sowie Schaltsekunden an:
Bit Bedeutung der Werte 15 Rufbit (bis Mitte 2003 Reserveantenne) 16 „1“: Am Ende dieser Stunde beginnt oder endet die Sommerzeit; sonst „0“. 17 „10“: Folgende Zeitangabe in MESZ„01“: Folgende Zeitangabe in MEZ 18 19 „1“: Am Ende dieser Stunde wird eine Schaltsekunde eingefügt; sonst „0“.
In den Sekunden 20 bis 58 wird die Zeitinformation für die folgende Minute seriell in Form von BCD-Zahlen übertragen, wobei jeweils mit dem niederwertigsten Bit begonnen wird. Zur Absicherung der Daten werden Paritätsbits verwendet, es handelt sich um eine gerade Parität. Die Kodierung des Wochentages erfolgt gemäß der Norm ISO 8601 oder DIN EN 28601, wonach der Montag der Tag eins (binär 001) einer Woche ist und der Sonntag der Tag sieben (binär 111).
Vom Kalenderjahr werden nur die Einer- und Zehnerstelle übertragen, das Jahr 2004 also als 04.
Bit Bedeutung 20 „1“: Beginn der Zeitinformation 21 Minute(Einer) Bit für 1 22 Bit für 2 23 Bit für 4 24 Bit für 8 25 Minute(Zehner) Bit für 10 26 Bit für 20 27 Bit für 40 28 Parität Minute 29 Stunde(Einer) Bit für 1 30 Bit für 2 31 Bit für 4 32 Bit für 8 33 Stunde(Zehner) Bit für 10 34 Bit für 20 35 Parität Stunde 36 Kalendertag(Einer) Bit für 1 37 Bit für 2 38 Bit für 4 39 Bit für 8 40 Kalendertag(Zehner) Bit für 10 41 Bit für 20 42 Wochentag Bit für 1 43 Bit für 2 44 Bit für 4 45 Monatsnummer(Einer) Bit für 1 46 Bit für 2 47 Bit für 4 48 Bit für 8 49 Monatsnummer(Zehner) Bit für 10 50 Jahr(Einer) Bit für 1 51 Bit für 2 52 Bit für 4 53 Bit für 8 54 Jahr(Zehner) Bit für 10 55 Bit für 20 56 Bit für 40 57 Bit für 80 58 Parität Datum