GPS onder de kap

Zoals bekend bij bezitters van carbon velomobielen wil een gps niet altijd lekker werken. Zeker als je onder een kap zit is de eerste de beste boom genoeg om de satellieten kwijt te raken. Op zich heel logisch: carbon is een elektrische geleider en je zit dan in een kooi van Faraday. De signalen die de satellieten uitzenden zijn door de enorme afstand (ca 20.000 km) heel zwak. Zo zwak zelfs dat de van nature aanwezige ruis vele malen sterker is dan het gps signaal. Alleen dankzij ingenieuze technieken (correlatie) kun je ze toch ontvangen. Maar te veel demping door een velomobiel, tja, dan houdt ook de wiskundige trukendoos er mee op.

Gelukkig is er een oplossing: plaats de gps antenne buiten de velomobiel. Het idee is simpel, maar mijn gps ontvanger (Garmin Edge 800) heeft geen aansluiting voor een externe antenne. Een truc is dan om vlak bij de Garmin een antenne te plaatsen die het signaal weer uitzendt. Antennes werken in principe even goed voor ontvangen als voor zenden. Alleen zit er een addertje onder het gras: alle losse gps antennes hebben een ingebouwde versterker en die werkt maar één kant op. Dus standaard externe gps antennes kunnen niet uitzenden. Nu ben ik van huis uit elektronica ontwerper, met als specialisatie antennes en draadloze identificatie (rfid), dit is voor mij een koud kunstje.

Uit de rommeldoos komt een oude gps antenne die open geschroefd wordt. In de behuizing zit een zogenaamde ceramic patch antenne en een printplaatje met twee versterkers in serie. De elektronica wordt voor zover nodig verwijderd en de coax kabel wordt aangesloten op het aansluitpunt van de patch. Ik heb ook nog een tweede antenne gevonden, die kan ongewijzigd blijven en moet aan de buitenkant komen. De coax kabels worden aan elkaar gesoldeerd. Bij dit alles moeten de losse eindjes van de kabel zo kort mogelijk blijven, een hooguit paar mm. De mantels van de coaxkabels komen aan elkaar en de binnenaders van de coaxkabels ook. De binnenader moet ook aan de plus van de voeding, de mantel komt aan de min.

Ik heb nog een oud kastlampje op batterijen. Met een beetje gepruts past alles er in. Drie batterijen leveren 4.5 V, ruim voldoende. De opgenomen stroom is ca 10 mA. Ik zet er ook nog een rood ledje in ipv het witte ledje. Die moet het met 0.5 mA doen en dat geeft genoeg licht om te zien dat de gps booster aan staat. Door te drukken op de behuizing kun je het geheel aan of uit zetten.

onderdelen van het eerste gps experiment

gps antenne op het klittenband van het minivizier

Garmin met onder het schuimblok de gps antenne
signaalsterkte (groene balkjes) is prima!

zonder gps booster nauwelijks signaal

Zoals te zien is op de gps, is de signaalsterkte veel hoger en zijn er veel meer satellieten zichtbaar. Daarmee is ook de plaatsbepaling nauwkeuriger.

Het geheel zit gemonteerd op de rechter wielkast. De eerste ritjes werkte het uitstekend, geen moment viel het signaal weg of werd de snelheidsweergave onbetrouwbaar, dat is vaak het eerste teken dat de gps ontvangst slecht is. Helaas werkt de aan/uit schakelaar niet. Dat was in de originele toepassing als kastlampje al de reden dat hij naar de rommeldoos werd verbannen, maar nu is er te weinig ruimte omdat de coax kabels over de batterij liggen. Bij een poging om de behuizing te openen (met een muntstuk aan de achterzijde) scheurde de behuizing kapot. Typisch gevalletje van operatie geslaagd, patiënt overleden.

Ondertussen heb ik een nieuwe versie gemaakt, en zijn ook de bestelde gps antennes verrassend snel vanuit China hier bezorgt. Ik besluit om er een sma connector op te zetten zodat de nieuwe antenne zonder modificaties aangesloten kan worden.

nieuwe versie, nog steeds wat prutswerk

De nieuwe gps antenne is nog een fractie kleiner. Ik gebruik nu een batterijhouder voor twee AA batterijen. Het stroomverbruik is nu flink wat lager. Ook zit er weer een ledje in en een vrij lompe schakelaar. Alles op een stukje blanke printplaat. Met klittenband hangt alles aan elkaar. Wat een wonderspul is dat toch. Met deze versie heb ik nog niet gefietst, maar de gps sterktebalkjes vliegen omhoog als ik de schakelaar aan zet. De hele goede kijkers zien dat er nog een ferrietkraaltje zit in de  aansluiting van de voeding. Ik denk niet dat het nodig is, maar kwaad kan het zeker niet. Het draadje naar de batterij heeft al voldoende zelfinductie om de gps frequentie tegen te houden.

Nog even reclame maken voor de gps antenne: http://www.aliexpress.com/item/2016-New-GPS-Active-Remote-Antenna-Aerial-Connector-1575-42MHz-SMA-connector-For-3M/32616362445.html

Voor $3.38 per stuk gratis thuis afgeleverd. Deze antenne heb ik nog niet open gehad, maar daar moet ook een vergelijkbare inhoud in zitten.

Wat de toekomst nog moet brengen: een fatsoenlijke behuizing zou wel handig zijn, ook als bescherming tegen al het vocht in de DF. Ook wil ik nog een bewegingssensor gebruiken om de aan/uit schakelaar te vervangen. Hoef ik nooit meer na te denken of hij aan of uit staat. Ook kan de gps-versterker waarschijnlijk wel een tandje minder hard versterken, dat scheelt dan weer stroomverbruik. Stel dat ik op 4 mA uit kom. Een batterij heeft ca 2000mAh capaciteit, dus goed voor 500 uur. Da's toch ruim 15000 km fietsplezier.

Verder wil ik nog eens kijken of het misschien helemaal passief kan, dus zonder antenneversterker. Ik vermoed dat dat best wel zal werken, alleen veel marge verwacht ik dan niet meer.

BELANGRIJKE AANVULLING:
De Aliexpress antennes zijn helaas niet zonder geweld open te krijgen. Daarmee wordt het wel lastig om er een zendantenne van te maken. De ublox antenne uit de rommeldoos daarentegen wel, maar daar zijn de schroefjes dol van. Mocht je toch met de aliexpress antenne wat willen doen, bedenk dan dat je het kapje over de antenne heel moet laten. De ceramic patch is afgeregeld op de invloed van het kapje. Zonder kapje zal de antenne op een te hoge frequentie afgesteld zijn.
Met een beetje geluk zit er een schroefje onder het magneetje, maar ik ben bang dat het dekseltje ultrasoon gelast is, of dat er lijm in zit

De aliexpress antenne, lastig open te maken