GPS周波数標準(1Hz簡単)
 
GPS周波数標準 1Hz測定中 拡大 「GPS周波数標準 1Hz測定中」
 
周波数カウンターを作る時正確な周波数の標準が欲しくなります。
カラーテレビ放送の色搬送波(3.579545MHz(通称3.58))やJJYを使用していました。
テレビ放送はデジタル化で難しい作業となりJJYは短波が無くなり長波(40KHz、60KHZ))で 結構難しい状況になってきています。
 
半面GPSが普及してきています。
GPSは 「Global Positioning System」 で位置を確認する軍事衛星です。
複数の衛星から電波の届く時間を測定して時間差で位置を計算します。
正確な時間を送信してる衛星なのです。
軍事衛星ですが広く使用する事が認められています。
 
放送局の中継局や携帯電話の基地局でこのGPSからの信号で周波数を調整している例があります。
 
このGPSですが受信モジュールが格安で購入出来ます。
アマゾンで1000以下で購入できるのです(価格は変動しますが)。
KKHMF NEO6M MV2 Flight コントローラー NEO-6M EEPROM MWC APM2.5 GPSモジュール 販売ページへのリンク。
 
このモジュールは位置測定用として作られたモジュールですがてLEDがGPSの基準にロックした状態で点滅するので周波数の標準として使用出来るのです。
(色々な手段で検証していますが十分な精度が出ている事が確認できています。)
 
購入モジュール基板側 拡大 「購入モジュール基板側 」   購入モジュールアンテナ側 拡大 「購入モジュールアンテナ側 」  
こんな形で販売。 
 
購入モジュール入っているもの(受信基板とアンテナ) 拡大 「こんなもの(受信基板とアンテナ)入っています。 」  
受信基板とアンテナです。  
このモジュールの使い方は簡単です。
アンテナと電源を接続すれば動作します。
ただし、アンテナは衛星からの電波を受信する必要があります。
屋外の空が見えるところやそんな窓際で行わないと受信出来ない可能性があります。
自分はこの辺を工夫しています。
後半で紹介します。
 
基板に直接電線を接続しても良いのですがパソコンを接続して出力される周波数を変えたり位置情報や時刻情報を取り出す事も考えてピンを接続しました。
(安い基板なので1Hz出力用としても良いでしょう。)
電源接続ピンなど 拡大 「電源接続ピンなど 」   電源接続ピン 拡大 「電源接続ピンなど 」  
自分はこんな部品を使って接続しました。
 
受信基板とアンテナ 拡大 「受信基板とアンテを接続。 」  
受信基板とアンテナを接続。 この基板とアンテナを接続するコネクタは結構弱いです。
簡単に壊れます、出来る限り「抜き差ししない」「回さない」「力を加えない」を心がけた方が無難です。 (この写真では 「1Hz信号取り出し」 用の線も半田付けしています。)
 
この状態で電源を入れ 「空の見える所(GPS衛星が見える)」 所に置けば上記の線をつないだLEDが点滅を開始します。
点滅の開始には結構の時間がかかる場合もあれば直ぐの場合もあります。
衛星の状態(受信状態等も)と衛星からの情報をどのくらいGPSボードが記憶しているかによります。
 
1Hz信号取り出し 用の線も半田付け 拡大 「1Hz信号取り出し 用の線も半田付け 」   1Hz信号取り出し 用の線も半田付け 拡大 「1Hz信号取り出し 用の線も半田付け」  
1Hz信号取り出し用の線も半田付けします。 
 
それほど難しくは無いと思いますが失敗する可能性もあります。
この線を半田付けしない状態で動作させ(受信して)LEDの点滅を確認してからこの線を付けた方が無難かも知れません。
線に力がが入った場合に切れないようにUV硬化樹脂で固定しています。
 
 
GPS周波数標準 1Hz測定中 拡大 「GPS周波数標準 1Hz測定中」
 
このLEDはGPSからの周波数標準に同期して点滅しています。
このGPS受信基板(ボード)は購入の時点で1秒間隔で点滅しています。
正確な1Hzの信号として使用できます。
(パソコンを使ってこの周波数を変える事が出来ますが別途とします。)。

 
 
 
アンテナの工夫
 
 
この装置を使う上でどうしても衛星からの電波を受信するアンテナが必要です。
衛星の電波は周波数が高く屋根を通過する事は期待できません。
最低限度、窓際にアンテナを置かねばなりません。
付属のアンテナのケーブルは短くてどうにもなりません。
 
自分の場合はアマゾンで船舶用の少々大きなGPSを比較的安価に見つけることができした。
このアンテナから室内まで20mの同軸ケーブルを引き回しています。
 
船舶用GPSアンテナ  
こんなもの。  YOUTUBE動画リンク
しかし、最近は高価なものしか見つかりません。
 
という事でもろもろとやってみました。
基板に付いてくるアンテナの線も延ばし屋外で使えるように防水するという事です。 
 
GPSアンテナアンテナ面 拡大 「GPSアンテナアンテナ面 」   GPSアンテナシールド面 拡大 「GPSアンテナシールド面」  
アンテナから短い同軸ケーブルが出ています。
小さいシールド板が半田付けされています。
 
同軸ケーブルを切ってつなぐ方法も考えましたが基板と繋ぐコネクタを使用した事。 
シールド板は半田付けで簡単に取れそうな事から同軸ケーブルを交換して見ることにしました。 
 
GPSアンテナオリジナルな状態 拡大 「GPSアンテナオリジナルな状態 」   GPSアンテナケーブルを交換した状態 拡大 「GPSアンテナケーブルを交換した状態」  
 
シールド板は2か所の半田を吸い取るだけで簡単に外れました。
細い同軸ケーブルも比較的簡単には外れました。
(何れも「鉛フリー半田」を使用していて取れ(溶かし)難い状態でした。) 
 
少々太い同軸ケーブルですが比較的簡単でした。
ただしこの手の作業に慣れていないと難しいかもしれません。
コツとしては同軸ケーブルの網側は半田を流す(塗しておく)。
網側を半田付けして固定から心線側を半田付けするくらいでしょう。
(初心者は心線を半田付けしてから網線側を半田付けしたくなる事でしょう。)
 
自分の場合は接続が出来たら受信基板を接続し屋外で受信できる事を確認の後すぐにUV硬化樹脂で補強しました。
 
この同軸ケーブルは船舶用のGPSアンテナから室内に引き回す時に使ったケーブルの余剰分です。
(20mのSMAコネクタ付の延長ケーブルです。
船舶用のGPSアンテナからはBNCコネクタの付いた5m程度の同軸ケーブルがでています。
切った延長ケーブルにはBNCコネクタをつけ船舶用のGPSアンテナに接続しています。
 
この残った延長ケーブル5m程度を付いてきたGPSアンテナに接続しました。)
 
 
GPSシールド再取付 拡大 「GPSシールド再取付 」   GPSアンテナ面 拡大 「GPSアンテナ面」  
外したシールド板を戻します。
ただし、太い同軸ケーブルを通すためシールド板に切れ目を作りました。
後にあるようにケースに入れるため曲がった形としました。

 
さてこれで。
 
 
これでこれでケーブルは長くなりました。
色々な所にアンテナを置いて試してみましょう。
屋内(窓際等)で良好に動作するならこれで良しとしましょう。
 
自分の所ではダメなので屋外に設置するため防水対策を考えました。 
(と言っても簡単にでっち上げたので品質の保証は全くありません。) 
 
船舶用のGPSアンテナも船舶等で使われるような衛星向けのアンテナは上な丸いドーム状になっています。
雪等が滑り落ちるような感じになると思っています。
何かそんな物は無いかと思っていると以下のような物を見つけました。
 
ぐにょぐにょゼリーねんど 拡大 「ぐにょぐにょゼリーねんど」   ぐにょぐにょゼリーねんど 拡大 「ぐにょぐにょゼリーねんど」  
ぐにょぐにょゼリーねんど
 
100円ショップのセリアで子ども用の玩具の類として販売されていました。 
中身は PVA(ポリビニルアルコール)を使用した固めのスライムというような感じです。 
取り出してもケースに付着(残らず)良い感じです。 
 
まあ、実はこの容器を見つけたのでGPSアンテナの防水化を考えらのですけどね。 
(この容器のフタの部分に穴をあけて同軸ケーブルを通してアンテナ部に半田付けしないとややこしい事になります。) 
 
ぐにょぐにょゼリー ケースにGPSアンテナ 拡大 「ぐにょぐにょゼリー ケースにGPSアンテナ」   ぐにょぐにょゼリー ケースにGPSアンテナ 拡大 「ぐにょぐにょゼリー ケースにGPSアンテナ」  
 
こんな感じです。
動作させ動作している事を確認しながらUV硬化樹脂で固定、エポキシ樹脂接着剤で固定し防水しました。
動作は良好です。
丸一日風呂に漬けて問題ありませんでした。
まあ、長期間の日光の照射に耐えられるかなど問題は残っていますけどね。
(安いので壊れてもそんなに損害は無いと思っています。)
 
 
ケーブルを延長したGPSアンテナと受信基板 拡大 「ケーブルを延長したGPSアンテナと受信基板」  
全体。
 
ケーブル接続 拡大 「ケーブル接続」   ケーブルを延長したGPSアンテナと受信基板の接続 拡大 「ケーブルを延長したGPSアンテナと受信基板の接続」   余り物の同軸ケーブル(SMAコネクタで出力されています)延長ケーブルの使用も用意です。
GPSアンテナから外した短いケーブルにSMAコネクタを接続して受信基板に接続してます。
 
 
動作は良好、パソコン接続して受信状態を確認。
測位の良好です。
YOUTUBE動画リンク
 
周波数標準としても良好です。
YOUTUBE動画リンク
 
これ以降は別途とします。
 
 
 
ご注意。
この内容は、十分に検討して実際に行ってみた結果を示していますがメーカーに関係の無いものが勝手に行った結果を紹介記載しているものです。
全てにおいて保証もしません。
自己責任
でお願いします。
 
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