电波钟的工作原理 - 背后的标准频率发射台

基本原理 - 长波无线电授时

电波钟接收长波标准频率广播，利用编码的时间信号来自动校正内部石英机芯。在日本，国立信息通信技术研究所(NICT)运营着JJY信号：从福岛县大鷹鳥谷山发射40 kHz，从佐贺县羽金山发射60 kHz，全天24小时广播。

成功接收信号时，精度与标准广播本身一致，大约为10的12次方分之一，即30万年误差一秒。在两次接收之间，时钟依靠内部石英运行，月误差约±15秒，然后在下次成功同步时校正。大多数电波钟每天尝试接收一次或数次，通常选择接收条件最佳的深夜时段。

JJY的时间码使用调幅(AM)方式每秒发送一个比特。每秒开始时有一个降低幅度的脉冲，脉冲宽度编码三个值之一：0(0.8秒)、1(0.5秒)或标记位(0.2秒)。一个完整的时间帧(年、月、日、时、分、星期)需要60秒(一分钟)来传输。

接收器至少需要完整接收一分钟才能解码一帧。实际上，两到三分钟的接收时间可以容纳错误和重试。每个字段使用BCD(二-十进制编码)并带有奇偶校验位来检测单比特错误，在不过度设计协议的情况下提供了基本的抗噪声能力。

长波信号(40和60 kHz)与电离层D层相互作用。白天，太阳紫外线电离D层使其电子密度增加，吸收长波无线电从而缩短接收距离。夜间，D层基本消失，反射性更强的E层将信号传播得更远，接收效果显著改善。

钢筋混凝土或金属家具会阻挡信号，导致室内接收不良。改善接收的建议包括：将钟放在窗户附近，朝向发射台方向(从东日本看大鷹鳥谷山在西南方向，从西日本看羽金山在东方向)，并远离电脑和电视机等会产生干扰的电子设备。

各国运营各自的标准频率发射台。德国的DCF77(77.5 kHz，美因弗林根)覆盖欧洲大部分地区；英国的MSF(60 kHz，安索恩)和美国的WWVB(60 kHz，科罗拉多州柯林斯堡)分别服务各自区域。中国的BPC(68.5 kHz)覆盖中国大陆。

多波段电波钟支持JJY、DCF77、MSF、WWVB等制式，旅行时自动切换到当地广播。在任何标准信号都无法覆盖的区域(开阔太平洋、非洲大部分地区、南美大部分地区)，它们只能依靠内部石英运行。覆盖范围是区域性的，但发达国家的大多数人口密集区都至少在一个发射台的覆盖范围内。

GPS授时钟表直接从GPS卫星接收时间。相比长波接收器，其优势是全球覆盖、纳秒级精度，以及通过位置数据自动检测时区。精工的Astron和卡西欧的G-SHOCK GPW系列是这一方案的典型代表，将GPS接收功能集成到可穿戴的外形中。

缺点是GPS接收需要与天空的视线通路，因此在窗边或室外可用，但在建筑物深处很少能工作。GPS接收器的功耗也高于长波电路，因此通常搭配太阳能充电。长波电波钟更适合室内挂钟和台钟，因为它们可以在夜间无需阳光即可接收信号，且功耗极低。两种技术各适合不同的使用场景，而非直接竞争关系。