2025-F题国一-简易自动接收机

一、团队介绍

我们团队来自哈尔滨工程大学电子科技协会，本次以全指标获得了F题全国一等奖。

二、题目要求

我们的系统可完成上述要求的全部指标，自动识别和搜索可在3秒内完成，并可以对题目要求的输入信号电平范围进行拓展，最低可达-110dbm（FM)。

三、设计摘要

本系统设计了一款简易自动接收机，具备低功耗、自动识别调制方式并解调输出的功能。系统由双电源转换电路、电源隔离控制电路、低噪声放大电路、AD608混频模块、FM/AM解调模块、AGC自动增益电路、功率放大电路及MSPM0G3507单片机系统组成。系统通过本振扫频与AD608下变频生成10.7MHz中频信号，再分路进行调制识别与解调。当检测到FM特征信号时启用NE564解调路径，否则切换至AM解调与频谱分析路径判断调制方式或CW波。为降低功耗，系统通过继电器控制AM/FM模块上电状态，使整体工作电流控制在500mA以内。实测结果表明，本系统可准确识别并解调-95dBm至-60dBm的AM/FM信号，具备良好的识别精度与实用价值。

四、题目分析

1.电源方案
方案一：升压电源转正负电源
方案二：DC-DC隔离电源
方案选择：升压电源的电源转化效率太低、功耗大，不适于本系统的低功耗应 用。因此我们选择使用DC-DC隔离电源模块实现5V转±5V，同时用继电器控制电 源关断保证低功耗要求。
2.混频器方案
方案一：采用AD831混频器
方案二：使用具有限幅输出的AD608混频
方案选择：虽然AD831具有低失真、宽动态范围的优异性能，但其功耗实在太 高，对比之下我们选择使用集成了低失真、低噪声混频器和一个限幅放大器的 AD608，工作电流也只有20mA左右，其具备放大器与分路器效果，且通过RSSI 引脚输出可精确判断载波频率，对于本次自动接收机的实验要求更具有优势。
3.前级LNA放大及幅度控制
方案一：采用级联LNA+AGC的放大方案
方案二：采用LNA+HMC624数字射频衰减器
方案选择：由于输入信号的电平范围实在太小了，-95dbm更是只有10uVpp左 右，级联多个LNA后也无法达到常规AGC的最小输入范围，所以我们放弃了使用 AGC控幅的方案，转为使用数字衰减器。实际上我们只需保证输入信号经过放大 和控幅后能达到AD608的线性输入范围即可，并不需要严格的自动增益，最后 我们选择通过AD608的RSSI引脚电压判断输入信号强度，同时调整HMC624数字 衰减器使输入AD608的信号处于合理范围。
4.AM解调方式
方案一：使用自制ADL5511集成包络检波模块解调
方案二：使用成品微波二极管无源包络检波电路
方案选择：ADL5511性能强大但是输入信号至少要在300mV，AD608的IF输出引 脚经中频滤波后幅值仍旧很小，需要级联放大器满足输入要求，这将增加许多 功率消耗，所以我们选择使用成品微波二极管模块进行包络检波，其具有低 至-30dbm的灵敏度，且不需要消耗功率，非常符合设计要求。

五、总体设计框图

六、硬件电路组成

1.AD608混频器
基于AD608的混频电路如图，可接收−95 dBm至−15 dBm射频信号，提供24 dB增益，将其下变频至10.7 MHz，LMOP引脚限幅输出适配FM解调，IF引脚经功分输出适配AM解调，RSSI引脚用于判断输入信号强度识别载波频率。

2.10.7MHz中频滤波器
使用日本村田低损耗型陶瓷滤波器（https://item.taobao.com/item.htm?id=734992858896&skuId=5083030753108&spm=tbpc.boughtlist.suborder_itemtitle.1.71d02e8dPkH4ot）

3.信号继电器
使用G6K系列信号继电器制作，用于电源关断和解调模式选择，基本不会使信号衰减或失真。https://item.taobao.com/item.htm?id=529388435230&skuId=3769056213471&spm=tbpc.boughtlist.suborder_itempic.d529388435230.71d02e8dPkH4ot

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4.采样抬升电路
由于G3507的板载ADC只能接受0-3.3V电压，为防止过大或过小电压损坏ADC，也为了使采样更加准确，使用OPA227运放芯片对待采信号进行1.65V的抬升。

5.AD8353中频放大器
使用AD8353这款工作频率为1 MHz至2.7 GHz的宽带、固定增益、线性放大器，对经中频滤波后的信号进行10dB固定增益的放大以匹配解调模块的输入范围。

6.DC-DC隔离电源
基于DC-DC0505S的电源设计，将输出正端与输入负端相连作为双电源GND，输入正端和输出负端分别作为VCC与VEE。电源分为公用、AM、FM三部分，公用部分常通电，AM与FM部分通过继电器按需上电，确保仅解调所需模块供电，以降低功耗。

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7.VCA821程控增益电路
基于VCA821的程控增益电路设计如图5所示，VCA821是一款压控增益芯片，将其最大增益设定为15倍，其带宽可达210MHz，足以满足题目设计要求。当通过DAC输出电压控制其增益时，可以实现程控增益。

8.无源包络检波

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9.前级低噪放
第一级32dB低噪放

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第二级20dB低噪放

10.数字射频衰减器
使用HMC624射频数字衰减器模块，HMC624是一款高性能的6位数字衰减器，专为广泛的射频（RF）和中频(IF）应用而设计，输入频率范围DC~6GHz，可调衰减0.5dB至31.5dB，步进0.5dB。支持两种控制方式，拨码控制模式和程控式。

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11.SI4351时钟模块

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12.NE564--FM解调模块

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七、程序流程图

八、实物展示

系统总览

输入级放大及混频

AM解调电路

FM解调电路

输出控幅及采样

测试结果

测试结果表明：
（1）、本系统工作电流严格控制在500mA以内；
（2）、本系统可以在调制信号输入要求范围内实现自动识别调制类型并解调；
（3）、本系统自动识别并输出解调信号的时间小于5s；
（4）、本系统可解调载波频率为-95dBm甚至更小的AM/FM调制信号。
综上所述，本设计达到设计基本要求和发挥要求，且性能优于要求指标，具体可观看演示视频。

九、注意事项

按常理来说两级低噪放都是要用铜箔纸做好信号屏蔽的，但是在实际制作过程中我们发现第一级32dB低噪放在裹上铜箔纸后增益下降了很多，而且具体原因也未来得及查找，所以实际操作中我们取下了第一级低噪放的铜箔纸，增益和噪声抑制都达到了预期。

十、演示视频

演示视频已放入附件，由于演示内容实在太多，我分了4个部分分别录制：总述、基础部分、发挥部分1、发挥部分2。

十一、附件内容

附件一：MSPM0G3507程序工程
附件二：演示视频1
附件三：演示视频2
附件四：演示视频3
附件五：演示视频4