科技進步很神奇, 過去時鐘要靠鐘擺來回擺動, 運用擺動來知道過了多久時間, 當然擺動準確度有它極限, 同一時鐘春夏秋冬鐘擺都會略有不同。在1970年代進步成用石英震動, 由於石英震動非常規律, 所以包裝成一個小的IC元件, 再透過簡單電路計算成秒, 加上指標齒輪等零件, 就成為一個石英鐘。

石英

石英鐘表由日本幾個領導廠商提出來, 在上世紀70年代80年代, 又透過香港和臺灣為主貿易和零元件組裝手錶產業, 幾乎把瑞士鐘錶業以機械為主產業打的死去活來, 不過後來透過瑞士產業重組, 和SWATCH品牌定位時尚飾品, 再加上訴求機械表高尚奢華品味, 又把瑞士製造招牌重新刷亮起來。

石英震盪器

不過以卡西歐、西鐵城、精工這三大日本品牌為主, 雖然產品定位有別, 但同為從石英表起家為強項廠商, 都是訴求中高檔以上產品, 但帶有強烈科技含量, 就算是指標表也可以變化出許多花樣, 把單價推高到接近高價瑞士機械表。不過注重科技基因個性並沒有改變, 當電波計時出現, 即使日本並不是最早開發這技術, 但是日本這三大計時品牌, 卻已成了全球推動電波計時技術最著力廠商。 電波計時在背後是透過時鐘機芯天線結構, 接收來自電波發射站信號。電波站發射為長波信號, 中國河南商丘發射站頻率為68.5kHZ。發射站信號為固定內容, 透過解析所代表內容即可得到接收當下時間, 然後透過步進馬達驅動齒輪校正指針, 即可以呈現電波鐘一秒不差功能。 所以首先是需要知道發射站所發射信號, 裡面所代表時間信號。我們舉日本發射站JJY40, 這是位於日本北方福島信號發射站頻率為40kHZ。時間編碼包含以一分鐘為單位波動振幅, 時間信號便藏在這波形裡面。(若看不到全圖請點擊此圖放大)

JJY40時間代碼

信號0與1代表

以日本這波形來說, 再透過長波頻率傳送時是採用0跟1這種方式傳遞當下時間信號, 在一分鐘時間內每一秒依照振福高低便會顯示不同時間意義, 然後依照這已經定義好一分鐘內各秒振福所代表0與1之內年/月/日/時/分/秒, 接收信號端收到後解析還原出正確時間。 所以分析電波信號基礎便在於瞭解如何識別0和1信號強度, 這部分也是有清楚定義。如果強度間隔是0.5秒, 這部分便是代表1, 如果強度間隔是0.8秒, 就是代表0, 當然它設計裡面還有一些檢查位作校正用。

對於電波信號不熟悉朋友沒關係, 不要看了覺得暈菜, 這整個圖簡單來看, 你可以把這部分距離長當作是有數值(代表1), 然後把上面所代表十進位數字加起來, 就是正確時間了。舉例來說, 這個波幅代表為18點42分。你先看後半段這波形是代表時, 在10跟8部分分別有比較長波段, 所以這就代表18。接下來是前半段波形代表分, 在4跟2地方也有比較長波段, 所以成為42, 這兩段就是18點42分。其餘年/月/日/秒則依照此一原則類推, 就可以算出正確接收時候準確到一秒。 (若看不到全圖請點擊此圖放大)

18:42分時間範例

所以電波鐘和電波錶在接收開始時都會有一個歸零動作, 依照設計不同可能是三針歸零或只有秒針歸零。以電波鐘而言, 我測試過幾十個不同日本/美國和國內電波鐘, 基本上都是採用電池放入之後三針歸零到12點, 再開始接收電波, 當然之後都會具備依照定點時間校正, 就不會有明顯鐘針歸零動作。手錶因為不會有首次放入電池歸零, 所以都是採用秒針歸零之後開始接收信號。

大夥也都知道接收信號可能從兩分鐘到八分鐘不等, 從這信號強度分析你就可以知道, 接收肯定至少要一分鐘, 因為才能夠收集到完整時間信號內容。但由於信號是透過長波在空中傳遞, 其實手錶或電波鐘機芯都很小, 所以接收過程中也會有接收中斷, 因此必須重複嘗試接收到完整一分鐘信號, 否則便有可能判斷錯誤。但如果超過八分鐘還能收到完整信號, 便會放棄此次接收而不成功。

總之電波技術是很奧妙東西, 它把原本實驗室裡面高精密度銫原子鐘信號發射出來, 由於電波跟光速一樣快, 每秒能繞地球七圈半, 因此一千多公里計時電波正常接收距離, 也不到0.01秒就能發射到家裡電波鐘, 就能夠讓家裡跟標準時間一秒不差。也讓咱們看家裡時鐘時候, 放心, 一定準的。