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GPS HP Z3801A

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http://www.realhamradio.com/GPS_Frequency_Standard.htm

L'HP Z3801A e' un generatore di frequenza campione che riceve i segnali dei satelliti per posizionamento GPS e fornisce  un segnale di sincronizzazione che corregge la stabilita' a lungo termine dell'oscillatore interno termostatato. In origine veniva usato per sincronizzare le reti di telefoni cellulari (CDMA). Esso da in uscita una frequenza molto precisa. Se il segnale del satellite non e' disponibile, il ricevitore si mette automaticamente nel modo "holdover", assicurando per 24 ore una corretta sincronizzazione ma con una ridotta precisione. Con questo ricevitore avrete una stabilita' a breve termine di un oscillatore termostatato e una stabilita' a lungo termine del GPS.

Questo tipo di oscillatore campione e' quasi comparabile ad un oscillatore al rubidio, ma senza i problemi di manutenzione che ha il rubidio. La precisione di frequenza e' meglio di 0.001 ppm, per una media di un giorno. Questo e' eccezzionale per un laboratorio casalingo o una stazione di Radioamatore! Questi ricevitori hanno all'interno un oscillatore HP con doppia camera termostatica, l'10811D/E, con una stabilita' di 1 x 10^-9   al giorno. La frequenza di uscita di questo ricevitore GPS e' 10 MHz. Questo e' un componente necessario per una stazione di radioamatore che vuole ricevere segnali debolissimi alle VHF e superiori, come EME a bassa potenza. Se non ricevete alla esatta frequenza non potete tirare fuori dal rumore un  segnale debole. Il segnale a 10 MHz puo' pilotare un generatore esterno sintetizzato che genera la frequenza richiesta. Questo standard di frequenza e' anche utile in un laboratorio casalingo per la manutenzione degli strumenti. Io lo uso per pilotare un moltiplicatore di frequenza Tektronix che produce dei marker di frequenza fino a 500 MHz.

Uno standard di frequenza GPS e' molto costoso se comprato nuovo. QST ha pubblicato un bell'articolo di Brooks Shera W5OJM, che ha costruito il suo ricevitore GPS standard usando un oscillatore recuperato nel surplus, un ricevitore Motorola ed un circuito di controllo basato su un microprocessore della serie PIC [1]. Avevo considerato di costruire uno di questi, ma poi essendo disponibili questi ricevitori professionali dell'HP ad un costo uguale alla versione homemade, ho optato per quest'ultimo.

Questi ricevitori GPS sono disponibili usati (surplus). Io non sono al corrente di come e' cambiata la tecnologia per permettere che questi ricevitori finissero nel surplus. A quanto pare, molte installazioni di ripetitori per cellulari usano questi ricevitori GPS, a giudicare anche dalle piccole antenne x GPS che si vedono su queste costruzioni.Cercate queste antenne. Esse sono alte circa 10 cm, bianche a forma di cono e sono montate sui tetti di queste costruzioni e non sui tralicci. Quasi ogni sito di ripetitori x cellulari che io abbia visto dispone di una di queste antenne. Questo significa che questi ricevitori sono stati costruiti in molti esemplari.

                   Il pannello posteriore dell' HP Z3801A ha queste connessioni:

* Un connettore femmina a 25 pin DB25. In questo connettore ci sono due uscite a

  1 PPS, due uscite a 10 MHz, e una porta RS-422.

* un connettore BNC per l'uscita a 10 MHz.

* un connettore N per l'antenna esterna.

* un connettore per l'alimentazione.

Questo ricevitore ha soltanto un semplice pannello frontale perche' tutti i comandi sono forniti usando il connettore RS-422 disponibile nel pannello posteriore. Sono richiesti anche una antenna esterna ed un alimentatore. Il mio ricevitore

richiede 48 VDC. Questi apparati possono lavorare 24 ore al giorno normalmente senza essere controllati. L'HP fornisce un programma chiamato SatStat che e' in pratica il pannello di controllo e comando per questo ricevitore. Io lascio la linea seriale normalmente connessa al mio PC e di tanto in tanto controllo se il ricevitore sta funzionando. Con la mia antenna posizionata come da foto sotto, il ricevitore  riesce ad acquisire da quattro a sei satelliti contemporaneamente.   

Questa e' una tipica schermata del programma SatStat:

Oltre al programma SatStat dell'HP e' disponibile anche un'altro programma chiamato GPS Control.

Per informazioni  contattate BD Systems, Inc.

                                                                                        Domande frequenti:

D - Dove posso comprare uno di questi ricevitori:

Questi ricevitori sono disponibili su Ebay (www.ebay.com). Recentemente il prezzo e' sui $300. Sono anche disponibili da altre parti. Fate una semplice ricerca su internet usando la parola "Z3801A". L'ultima volta che ho guardato Hi Tech Cafe ne aveva oltre 1500 disponibili.

D - Quale antenna e' richiesta per far funzionare questo ricevitore:

L'antenna motorola (ANT62301A/B) prodotta nello stesso periodo del Z3801A, aveva un preamplificatore di 24 dB di guadagno, una figura di rumore di 2.5 dB e massimo 6 - 10 dB di perdita di inserzione del cavo. Se potete trovare questa antenna originale usatela. L'Antenna 97 Motorola disponibile adesso, molto probabilmente e' compatibile. Assicuratevi comunque che l'antenna che userete possa lavorare con l'alimentazione a 5 V fornita dal centrale del connettore coassiale dell'antenna del Z3801A. In Internet c'e' qualcuno che dice che una antenna ad elica autocostruita senza preamplificatore puo' funzionare con questo ricevitore. Non perdete tempo, questo non e' vero. Un'altra fonte, sempre in Internet, da il progetto di una antenna "patch" sempre senza preamplificatore. Un'antenna esterna montata in una buona posizione con una buona vista del cielo (preferibilmente in tutte le direzioni) vi dara' degli ottimi risultati. Ebay ha attualmente delle antenne Magellan nuove per circa $8.00 + spese di spedizione. La ditta che ho contattato ne ha circa 2000 di queste antenne. Fate una ricerca su Internet usando la seguente frase : "Brand New Magellan Active Gps antennas". Queste antenne lavorano perfettamente ed hanno anche una guarnizione "O" ring contro le infiltrazioni d'acqua. Io ho montato questa antenna Magellan GPS mobile (con preamplificatore interno) su un tubo di PVC sul tetto della mia casa. Ho usato un pezzo di alluminio di 15 mm quadrati per simulare il tetto del veicolo. Ho aggiunto un pezzo di cavo cassiale RG-58/U per arrivare dal tetto all'interno della casa.La lunghezza del cavo non e' critica. Il ricevitore GPS puo' tollerare una perdita di inserzione del cavo di circa 10 dB. La frequenza L1 usata dal ricevitore e' circa 1,5 GHz, percio' prestate attenzione ad non usare un cavo con molta perdita e molto lungo. Cercate di mantenere la perdita di inserzione da 6 a 10 dB massimo. Io ho usato 6 metri di RG-58/U senza problemi.

D - Ho appena ricevuto il mio ricevitore. Esso appare in buona forma, si accende correttamente,

l'antenna e' probabilmente buona e connessa al ricevitore, ma il GPS LOCK Led del Z3801A

non si accende anche dopo molte ore. Che c'e' di sbagliato ?

Il ricevitore Z3801A pensa  di essere nel posto dove e' stato spento l'ultima volta, che puo' essere anche molto lontano da dove siete voi. Dovete dare un comando "SURVEY" al ricevitore. Questo comando fa in modo che il ricevitore determini la sua attuale localizzazione. Dopo questo comando il ricevitore dovrebbe funzionare correttamente. Il comando SURVEY viene inviato usando il software SatStat. Guardate il manuale per ulteriori dettagli.

Consiglio : alla prima accensione del vostro ricevitore il programma SatStat riporta le coordinate del luogo dove era in funzione. Scrivete queste coordinate prima che il ricevitore determini le nuove. Puo' essere interessante sapere da dove viene e a che altitudine era il vostro apparato. Il mio proviene da un sito per telefonia cellulare in Florida lungo la highway A1A. La memoria interna del ricevitore mi ha detto l'esatte coordinate di dove e' stato spento l'ultima volta.

D - Mi serve il manuale, dettagli sull'alimentatore, il software SatStat e dettagli

sulla modifica dell'interfaccia da RS-422 a RS-232.

Molte persone che sono sul Forum TACS-GPS che hanno comprato questo ricevitore hanno comprato anche un alimentatore stabilizzato ed un convertitore commerciale da RS-422 a RS-232. Io ho deciso di progettare e costruire il mio alimentatore e la mia interfaccia. L e due pagine di schema scaricabili forniscono tutti i dettagli. Sono mostrate tre

differenti opzioni per convertire l'RS-422 in RS-232. E' mostrato anche un affidabile alimentatore da 48 VDC. Un alimentatore affidabile e sicuro e' necessario per un funzionamento continuo. 

D - OK, ho l'antenna installata, il mio Z3801A sembra funzionare, e SatStat mostra alcuni

satelliti. Come posso sapere se la mia antenna e il mio sito sono adatti  per ricevere

i satelliti che sono visibili in un certo momento ?

L' U.S. Naval Air Warfare Center ha una utility online per predirre il passaggio dei satelliti GPS. Questa utility e' un buon mezzo per verificare la vostra antenna e vi da una immediata indicazione delle possibilita' del vostro sistema di ricezione. Basta inserire la latitudine, la longitudine, l'altezza sul livello del mare, elevation mask e l'orario. Copiate semplicemente i numeri che SatStat vi sta dando. L'utility vi mostrera' in dettaglio ogni satellite che e' possibile ricevere dalla vostra localita'. La prima volta che ho fatto questo controllo nel mio sistema, l'utility mi ha mostrato 7 differenti satelliti acquisibili. SatStat mi diceva che stavo acquisendo 6 satelliti ma ne mostrava anche un'altro.

Il ricevitore Motorola all'interno del Z3801A dispone solo di sei canali, percio' questo e' il meglio che il nostro hardware puo' fare.

D - Il mio SatStat mostra un valore di 1 per FFOM. Quando questo valore andra' a zero l'uscita

a 10 MHz sara' corretta?  Quanto tempo impiega FFOM per arrivare a zero?

Nel manuale l'HP dice che questo ricevitore raggiunge uno stato di stabilita' dpo 24 ore dall'accensione e impara meglio se durante le prime 24 ore di funzionamento non ha holdover (cioe' l'aqcuisizione dei satelliti non deve mai mancare). Percio' raccomando di tenere il ricevitore agganciato al GPS per le prime 24 ore.  Quando FFOM (Frequency Figure of Merit) raggiunge zero, l'oscillatore a 10 MHz raggiunge una accuratezza specificata < 1 x ^-9 giorno.

D - La mia antenna ha circa 21 metri di cavo RG-58. C'e' da considerare il fattore di ritardo del

cavo ? Se si, conosci qual'e' questo ritardo? Io ho un eccellente segnale per tutti i sei satelliti

acquisiti.

R - Poiche' uso il mio ricevitore solo per avere una frequenza precisa, e non per la misura del tempo, non ho mai inserito questi dati in SatStat. Percio' la foto sopra di SaStat mostra un antenna delay di zero ns. Il fattore di ritardo e' in relazione alla velocita' di propagazione del vostro cavo. Se il vostro cavo non causasse nessun ritardo (fattore di velocita' 100%), il fattore di ritardo sarebbe il tempo che la luce impiegherebbe ad attraversare tutta la lunghezza del vostro cavo.

La velocita' della luce e' esattamente 1 nanosecondo x foot. L'RG/58 con il dielettrico in polietilene ha un fattore di velocita' del 66%. Questo e' il calcolo:

Speed of Light = 186,284 miles per second.

5,280 (feet per mile) X 186,284 = 983,579,520 feet per second

983,579,520 X (10 -9 ) = .98357952 foot per nanosecond

.98357952 x 66% = .6491624832 (speed through RG/58)

1/.6491624832 (one over x function) = 1.5404463842 or 1.54 ns per foot delay

Percio' per la vostra lunghezza di cavo .....70 feet di RG/58 ha un ritardo di  107.8 nanoseconds.

Il manuale dell'HP da altri esempi con diverse lunghezze di cavo.

D - Sono confuso mente tento di provare ad alimentare il mio HP Z3801A acquistato da Ebay. L'adesivo nel pannello posteriore dice che questo apparato richiede da 38 a 60 VDC. Ho un alimentatore che fornisce da 0 a 60 VDC. L'apparato ha due fili : rosso e nero. Come deve essere connessa l'alimentazione ?

Ho connesso il + al rosso ed il - al nero ed ho connesso la massa ma l'apparato non funziona.

Questi sono apparati per uso telefonico, percio' l'HP per l'alimentazione usa il negativo per convenzione.

Questo puo'  trarre in inganno. Collegate il positivo del vostro alimentatore al pin superiore del connettore del Z3801A

ed il negativo al pin inferiore. Così dovrebbe accendersi. Il manuale dell'HP "Z3801A User Guide" a pagina 1-5 mostra

una foto di questa connessione.  Indica anche che almeno -46 VDC o piu' sono richiesti per l'accensione. Se il vostro apparato non parte provate ad aumentare l'alimentazione (fino ad un massimo di -60 VDC). Le specifiche per l'alimentazione sono a pagina 5-4 dello "Z3801A User Guide". Esso indica che per questo apparato l'alimentazione nominale e' di -54 VDC.

D - Il mio ricevitore GPS Z3801A GPS adesso sembra funzionare correttamente. Posso usare l'uscita a 10 MHz per la calibrazione degli strumenti di misura, sostenendo di essere equiparato al NIST ?
Forse. Il National Institute of Standards and Technology (NIST) ha una web page a questo riguardo.Essi suggeriscono anche che la precisione di frequenza di un ricevitore GPS standard puo' avere una precisione di  10 ^-12  perche' il Selective Availability (SA) e' stato tolto. SA e' la intenzionale riduzione di precisione dei satelliti GPS introdotta dal  US Department of Defense. E' stata tolta nel 2000, dando così la totale precisione del GPS per tutti gli utenti.

Dave Fifield, AD6A mi ha avvisato di una sua pagina web circa la conversione del Z3801A in

RS-232. Ha fatto un lavoro eccellente con istruzioni e foto di come operare. Grazie Dave!

Ho tradotto anche la pagina di Dave in Italiano

                                                                                                          Note

1. Brooks Shera, W5OJM "A GPS-Based Frequency Standard", QST, July 1998 . Brooks ha un web site dedicato a questo progetto..

  Informazioni da I6YPK

L'HP Z3801A e' sicuramente un apparato professionale disponibile (usato) ad un costo addirittura inferiore a quello di un buon oscillatore al quarzo termostatato. Un oscillatore del genere e' essenziale per chi voglia lavorare in microonde oppure con i nuovi modi digitali tipo WSJT o PUA-43. Con questo ricevitore GPS non avrete piu' bisogno di ritarare periodicamente il vostro oscillatore campione  con i segnali WWV o quelli della RAI. Il mio Z3801A e' sempre acceso e fornisce un segnale campione sia per i miei apparati radio che per il mio laboratorio.

                                                                                                                                                                 Clicca sull'immagine per ingrandire

Non avendo accesso al tetto, la mia antenna per il GPS e' stata messa sul sostegno della verticale per i 20 metri posta in giardino. Anche se l'antenna si trova molto bassa e da un lato c'e' un palazzo che ostacola la visuale, i satelliti acquisibili sono almeno cinque in qualsiasi momento.

L'antenna che ho usato e' della Motorola specifica per queste applicazioni di standard di frequenza.

L'ho acquistata direttamente alla Synergy-Gps di San Diego, Ca - USA. Costo $65. Questo e' il codice: P/N GCNTM20A3A  (Timing 2000 antenna with N connector). Non mi risulta, almeno in questo momento, che una antenna simile sia reperibile in Italia. Per chi volesse autocostruire una antenna per GPS, segnalo un ottimo progetto di Matjaz S53MV pubblicato su VHF Communications

numero 4/1994 a pagina 197. E' necessario pero' anche un ottimo premplificatore.

Clicca per ingrandire

Queste sono le foto della Quadrifilar Helix Antenna che ho realizzato:

Il ricevitore Z3801A per l'alimentazione dispone di un connettore AMP MATE-N-LOCK.

In Italia e' reperibile dalla Rs-components. Il codice e' : 115-1727. Ordinare anche le due spinette codice: 849-091. Il mio ricevitore e' alimentato a 46 VDC usando un semplice trasformatore da 36 VAC, un raddrizzatore ed un condensatore elettrolitico da 15.000 uF. Un alimentatore stabilizzato non e' necessario.

73 de I6YPK

last update: 25-12-2003

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