NTPサーバで使っていたGPSアンテナが壊れた

2017年3月頃に購入したGPSアンテナとNanoPi NEOで作ったNTPサーバを使っていたのだが、半月ほど前からNMEAセンテンスが受信できておらず、PPSも機能していなかった。NMEAセンテンス自体が停まっている(受信できない)ならGPSモジュールが壊れているかもという判断になるが、GPSモジュールと通信できていてNMEAセンテンスの値の部分が「空」なのでGPSアンテナかそのケーブルが壊れたのだろうという判断になった。
そこで新しいGPSアンテナを購入。

GPSアンテナが壊れた 1
今回新しく購入した車載用(車内設置用)GPSアンテナ。いつものようにAliExpressで購入。3mのケーブルとSMA端子付きで330円(送料無料)。防水対応として販売している店もあるようだが、防水ではない。

GPSアンテナが壊れた 2
アンテナ本体部分の裏側は銀色の金属シールが貼ってあり磁石が入っていて鉄板などにひっつけられるようになっている。
なんか、緑のROHSマークが付いてるけど本当にRoHSなのかは謎。

古いアンテナを外し、この新しいアンテナをGPSモジュールに接続したところ、正常にGPSの情報が受信できるようになってNTPサーバとしても正常に動作するようになった。
新しく購入したアンテナは以上。

壊れたアンテナを調べてみる

2017年に購入したときのGPSアンテナ
2017年3月頃に購入したGPSアンテナについて書いた記事の写真
今回購入したのとほとんど同じ。緑のROHSマークが無いのが違う程度?

GPSアンテナが壊れた 3
1つ前の写真は新品時だが、この写真が現在のもの。4年間屋外で建物の壁に貼り付けられていたのでキチャナイ状態。白っぽいのはパテ。

GPSアンテナが壊れた 4
裏返した状態。防水/防塵のためのパテがグルリ。そして壁面への取り付けは3Mの超強力両面テープ。パテについている焦げ茶の粒のようなは湿った黄砂?

GPSアンテナが壊れた 5
両面テープとパテを一応取り除いた。

GPSアンテナが壊れた 6
金属シールをめくると磁石が付いていた。金属シール自体が磁石シールということではなかったみたい。で金属シールの接着剤で磁石が張り付いている。GPSアンテナの黒い樹脂側にはシールも接着剤も無く只の窪みがあるだけ。

GPSアンテナが壊れた 7
直径12mm、厚み0.5mmのネオジム磁石が直径14.5mmの金属製の皿の上に載っている。シールの接着剤が付いてるので判るが磁石がシールに張り付いている。皿はおそらく磁石を保護するため。この写真を撮った後にオネジム磁石だけを剥がして別のネオジム磁石に引っ付けたところ、この0.5mm厚の磁石はそれだけで割れてしまった。皿は大事だったのね。

GPSアンテナが壊れた 8
このGPSアンテナ本体は黒い樹脂ケースに封入されていて、組み立てたときはおそらくシールの貼ってあった面が蓋になっていたのだろうと思われるが、溝にヘラを突っ込んでもまったく歯が立たず。側面の樹脂部分を1周グルリと糸ノコで切断。

GPSアンテナが壊れた 9
樹脂ケースを分離するとこうなった。左側の灰色に見える部分は鉄板のシールド。右側の丸いのは電池の窪みの裏側。

GPSアンテナが壊れた 10
金属のシールドの反対の面がパッチアンテナ本体。この面で。GPSからの電波を受信する。アンテナ付きGPSモジュールに付いてるのと全く同じもの。
GPS用のパッチアンテナは1.575GHzの電波受信に最適化するために25 x 25mmの正方形の鉄板をGNDプレーンとして基板に、もう1枚の一回り小さい鉄板(放射素子)を約4mmの隙間を開けて平行に位置するように置く。で、2枚の板を接続するピン(給電点)が打ち込んである。そして、鉄板が曲がったり平行が狂わないようセラミックで隙間を塞いである。(作るときはおそらく話は逆でセラミックをベースにその両面に作っていくんだろうけど)
2枚の鉄板の間は理論上は「空気」が最も利得が高いんだろうけど作るのが難しいか精度が保てないようで、GPS用で「空気」なのは売ってるのを見たことがない。それと、セラミックを使うと短縮率何パーセントかは知らないけど空気より2枚の鉄板の距離を縮められるみたい。

GPSアンテナが壊れた 11
そもそもこのGPSアンテナの何が壊れていたのか。
シールドの部分はLNAの基盤で、アンテナケーブルがそこに取り付けられているのだが、シールドとケーブルの接続部分付近が以上にサビていて、ハンダ付けされていた筈のケーブルはとっくに取れていた。黒い樹脂でケーブルが押さえつけられていたので抜けてはいなかったけど、断線状態。

GPSアンテナが壊れた 12
シールドを剥がしてみた。シールドの中にはLNA用と思われる部品とパターンがある。この基盤の反対面には25 x 25mmのGNDプレーンが形成されている(筈)。シールドは4隅の内の対角2箇所だけがハンダで固定されていた。ケーブルの取り付け部分は写真の「↑ここ」と書かれた部分。水分で腐って剥がれたみたい。

今回購入した新しいアンテナはパテではなく接着剤で完全に密封しようと思う。特にケーブルの生えてる部分。
屋外設置なら車内用ではなく船舶用のキノコ型アンテナを買う方が良いのかもしれないが、お値段が一気に5〜20倍に跳ね上がるのとポールに取り付けることが前提の品物なので壁面に両面テープで気軽に貼り付けて終わりとはいかない点で困るのよね。

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