密苏里科技大学EMC实验室项目实习周记（第2周）

1 公共篇

（由徐冰洁和孙经东执笔）

ROLLA是一个小镇似的位于MISSOURI州的市，离ST.LOUIS一个半小时车程，离ST.ROBERT半小时车程。这儿非常宁静，没有公交车，路上行人都很少看到。气温早晚凉爽，七月的中午也只30多度，很舒适。我们住的公寓在CHUMEN PARK边上，在密苏里科技大学里，从公寓阳台看出去就是露营的草地和湖。吃完饭，到附近转转，或者在阳台抬头看看广阔的蓝天、远处的湖，很惬意。下图为从阳台向外看的景色。

图 1 从走廊上往外望的街道

几个人出门在外，就靠相互照顾以及体谅。我们六人分成两队做饭，从刚开始的厨艺不精导致每天菜太咸或太淡、饭蒸不熟，到一星期后能完美配合做想吃的菜，成长不少。右图为经过一星期的磨合和锻炼，做的咖喱面和为第二天准备的三人份午餐。

图 2 美味的咖喱面

这儿有一群非常好的学长学姐，主要是中国的，还有来自印度的、美国和韩国的。在生活中，学长姐帮我们非常多。从找房子到借我们厨具，路由器等大大小小东西。周末，要我们几个实习生去他们家聚会，或者开车一起去附近转转。例如周三、周五带我们一起去学校体育馆健身打球。这周五，到其中一个学长家玩儿。这周六开车一起去附近的商圈逛街。这是一群，平时努力学习，周末聚在一起尽情放松的会学会玩儿的人！图为周五去学长家做大餐和周六开车去OZARK逛街。

图 3 距离ROLLA一个半小时车程的商圈OZARK

美国的税无处不在，买任何东西都自动把税算进去了。我们也都收集了各种发票，我们六个人帐还是分开算的，所以有时候一起结账后，还要再计算每个人需要出多少，这貌似在美国也比较普遍，大家都各出各的。

2 个人篇

2.1孙经东——Huawei Heat sink/IC field transformation

在罗拉已经度过一周，一些都走上正轨，自己也把时差调整过来了。实验室任务是比较重的，我还有国内的一些事情，这里晚上国内正好白天，所以接着搞起，导致有几天白天晚上都没睡觉。不过原来在国内也差不多这样，所以也没感觉不适应。

这周我继续和Yang Sen一起完成上周的测量工作，但是测量只是最后一步，之前需要搭好测量的环境，我们叫Setup，这一过程往往是漫长的，几个小时甚至几天都有，实验室一些小零件也不全，实在找不到我们就必须自己制作。

下图是我这周用到的两个“威力”比较巨大的武器——锯子和铁钻，锯子是为了给电路板制作吸波材料的衬底，这样会使我们的测量更加精确；钻头是因为华为在会上更改了需求，需要一些低频的辐射数据，原来我们测远场的天线比较小，测量范围是8G-12GHz，现在要换上一个比较大的天线，把测量范围扩展到低频。

图？SEQ图\* ARABIC4我的工具---锯子和铁钻

上面都是体力活，其实做起来还是蛮快乐的，但是开发板的调试就困难多了。在JTAG烧写程序时，我们发现了一个很大的问题：如果程序ALU占用过高，那么就会发生烧写失败，即使我们降低ALU占用率，也会发生烧写不完全、PLL倍频失败等情况。但是，如果ALU占用过低，那么功率上不去，整个开发板的辐射就很难测到（我们测得范围很广，所以很多高频的辐射已经是很高次谐频了，衰减会很大）。经过一晚调试，我们发现是电源模块在之前的测试过程中损坏了，芯片引脚的电压达不到要求的1.2V，导致当ALU占用高时，电流不足，烧写失败。我们直接采用供电器给板子供电，最终搞定了问题。这次调试一直持续到晚上一点，后来又是实验室一个学姐顺路把我送回公寓了。想起上星期因为工作在实验室待到九点，跟这次相比简直小巫见大巫，而且可能以后包夜的次数越来越多。而且我见识到实验室凌晨一两点钟还有不少人（其中不少女生），甚至有的人会半夜回实验室完成工作，这个实验室的疯狂程度可见一斑。

2.2 吴纯宇——基于3D打印技术的信道模拟器

我这周的主要收获是学习了一下CST的微波工作室。CST是一款非常著名的电磁场仿真软件。CST MICROWAVE STUDIO（简称CST MWS，中文名称“CST微波工作室”）是CST公司出品的CST工作室套装软件之一，是CST软件的旗舰产品，广泛应用于通用高频无源器件仿真，可以进行雷击Lightning、强电磁脉冲EMP、静电放电ESD、EMC/EMI、信号完整性/电源完整性SI/PI、TDR和各类天线/RCS仿真。它的主要原理就是麦克斯韦方程组，但麦克斯韦方程组的求解在一般条件下却是非常复杂的。这款软件采用了网格计算，通过将空间分成网格，计算网格点上的电场和磁场，这样可以大大简化计算的复杂程度，但也会带来误差。因此，网格划分得越密，计算的精确度就越高，但电脑计算的时间也越长。通常需要根据实际情况和经验选择合适的方格划分。

图 5CST MICROWAVE STUDIO主界面

另外，3D打印项目也有一些进展。我们之前加热后的材料总是挤不出来，我们认为是发动机的问题。这一周里我们换了一个新的电流源，增大了电流源的输出功率，发动机的动力更强了，成功地挤出了很多材料，是一个不小的进步。

2.3 徐冰洁——JOHN DEERE power inverter ADS仿真

硬件任务：这一周做的导师安排的硬件任务是John Deere公司的减小发动机EMI的仿真项目。总的来说，找合适的LC的ferrite choke，使得其谐振频率处于S21的peak左右。从而该频率对应的阻抗R可以消耗电路中的能量，也就是增加电路的insertion loss。根据能量守恒，从port1传递到port2的能量就减少，所以S21在那个谐振频点的magnitude就会减小。带我的学长是PHD三年级中国学生，和他一起讨论问题很轻松也很有成效。他自己非常厉害，一个项目从建模型，软件，后硬件验证都可以一手包办。我自己觉得非常幸运以及开心，与这么好的导师和学长共事。

首先，找实际ferrite choke资料，验证要仿真的范围合理性即通过实际ferrite choke的阻抗-频率曲线计算其电感，电阻，电容值。周二，熟悉使用ADS(WINDOWS-NEW SCHEMATIC-WITH NO OTHER HELP建新CELL;加VAR方便控制变量）。DC，AC分别接CHOKE,RC FILTER,分别L,R;C,R影响Z11，S21情况。得图和数据。遇到了小问题，对比前一个同事以前的仿真结果发现M=Ksqrt(L1*L2)(0 <1 )k="0.9不变，而M由此函数式变，才有前仿真中L1=L2=6uH时M=5.4uH.周三，MATLAB写代码画图，结合电路原理分析影响因素带来变化趋势原因，做好PPT准备周四与导师及团队的PRE-MEETING。周四，向团队展示第二周完成情况后，根据导师的进一步建议，将最优LCR带入仿真；实际FERRITECHOKE值带入仿真；不同接法组合仿真；做好最后的VALIDATION" of coupling model ppt。准备好在下周一的与john deere公司的例会要展示的仿真结果。

图 6 MATLAB画ADS仿真结果之一

软件任务：同时，这一周的每天上午，都上DR.MIKHEL的C++课。周一学习内容：windows.h中setconsolecursorposition()和setconsoletextattribute()两函数，即设置光标位置以画点线矩形和设置画点颜色。周二由于老师的例会，这周三由于老师要参加毕业生的答辩放假两次。周四，继续STRUCTURE后CLASS的学习。包括OVERLOAD,CONSTRUCTOR。周五，学习了CHILD CLASS(INHERITAGE),OVERLOAD AND CONSTRUCTOR IN CHILD CLASS AND BASE CLASS。

这位格鲁吉亚的老师讲课余国内上课时老师对着课本讲C语言不同，他每节课讲的知识点不多，最多三个，但基本全通过VS的实际操作演示给我们。实际运用会遇到的问题，通过修改并运行，循序渐进，理解更直观。在演示完，会有这节课小结，并布置与这节课相关CLASSWORK或者HOMEWORK让我们自己熟悉，复习每节课的知识点。下图即是我们上C++课的教室。

2.4 赵碧瑶——PCB的power distribution network建模

这个星期是忙碌的一个星期，主要是画出了第一块测试板，并预计下周一投出去开始制板。另一个任务是了解FEMAS和PDN( power distribution network)的算法流程，以便利用FEMAS已有功能再加以修改之后实现PDN的算法。周末第一次离开罗拉，去罗拉附近的ozark去逛逛，并且买一下有用的东西。

周二的时候第一次以FEMAS小组成员的身份参加FEMAS的小组会议中。主要有James Drewniak和Mikheil Tsiklauri两位教授参加，加上三个成员，在一个放着圆桌的小会议室开会。空间不大，更显得小组成员之间很亲近，可以看到每个人的表情，因而交流显得异常亲切和轻松。会议期间，Jim还会很幽默地开玩笑，而且提到每个人的名字，并不忽略任何成员。在会议结束时还一个一个问是不是还有什么疑问，在确保大家都知道自己的任务之后，他才结束了会议。开会的氛围一点都不紧张，大家很自由的讨论着问题，而且在Jim的带领下很高效地解决问题，了解下一步的工作，结束之后我很快就收到了FEMAS的相关的库的说明。在开会结束之后，Jim还格外地跟我说，现阶段了解的只是一些零碎的东西，不清楚为什么要做这个研究，为什么这个问题这么重要，但是随着了解的加深，会慢慢体会到这一点，而这一点对于研究和工程都非常重要。这么说非常鼓舞人心，感觉实验室的教授们都非常负责，并没有忘记任何一个学生的存在，而且希望和学生之间多交流，建立更深的信任。在之后，Jim还关心了在美国的生活，是否适应之类的。

周四的时候继续上个星期关于PDN的讨论，这次多了另一个实习生，和一个美国女孩一起帮助博士完成Matlab的界面。大家都很仔细地看着这两个实习生做出的界面，给出一些建议，而对他们做得好的、站在用户角度充分考虑的一些点子充分赞赏，鼓励他们继续思考。会议的氛围依旧是轻松而且高效的，充满了大家之间的相互问候以及时不时的幽默。

当然，这个星期最大的收获是学会使用Allegro，并且成功完成第一块测试版，做好了初期的Matlab仿真，收获很大。

周六的时候，大家在学长学姐的带领下去ozark逛逛，玩得非常开心。这天天气很好，天很蓝很蓝，一朵朵云悬浮在空中，显得天更高。路上都是绿色的农场和牧场，稀疏地坐落着漂亮的房子，整个画面非常美丽。

在抵达目的地之后，看到的景象跟光谷广场一样，各种各样的商店，各种各样的打折促销，而周末出来休息和逛街的人放松地享受着这样美好的周末。大家很兴奋地一家一家店逛，挑选衣服，进试衣间试，然后互相一起挑衣服，给出意见，有时候还恶搞一下，非常开心。

总得来说，这个周大家都进入到每个小组中努力学习、努力工作，工作日的生活跟时钟一样，非常有规律，也很辛苦，遇到问题主动去请教，有些问题大家一起合作完成，在这个过程中学习到了很多。

2.5 杨帆——偏心多层圆柱体电磁散射理论

这段时间，我主要研究了圆柱体电磁散射的基础理论，包括对于理想导体圆柱体的电磁散射，一般介质材料的圆柱体的电磁散射，以及一般介质材料中心嵌套一个小的理想导体的两层圆柱体电磁散射等等，并且推导出了在圆柱体外以及圆柱体内部的电磁场的分布情况，同时利用matlab还原了书中的部分仿真图形，结果跟书本上的比较一致。在研究拥有两层圆柱体电磁散射问题时，我参考了张老师的一篇文章中将圆柱体结构等效为一个微波网络的一些结构，直接将边界等效为一个S参数的矩阵，利用这个矩阵，我们能较轻易的得到圆柱体内外部分的电磁场分布情况。但是，由于我的圆柱体中心嵌套了一个小的理想导体的圆柱体，情况跟张老师文章中的模型不太一样。我的S参数矩阵需要在文章基础上，再加上一个由理想导体产生的反射系数。最终，我得到了一个我所讨论的模型的一个新的S参数矩阵。

这些属于一些基本的简单的模型，我需要研究的是圆心不在同一点即偏心圆柱体并且嵌套的介质材料不同的复杂的圆柱体模型。这要在前面简单的模型基础上还需要一些改进和变化。

在上周学习的基础上，我学习了贝塞尔函数在两个不同的坐标系间的转换问题。在圆柱坐标系中，我们利用贝塞尔函数来表示电场合磁场的分布。因为我们讨论的模型是偏心的，在讨论它的电磁场分布的时候，我们需要用到坐标系转换的一些理论。

下图是我推导公式的部分手稿，推导过程中也出现了一些问题，主要是我直接引用张老师的S参数矩阵的结论来计算圆柱体电磁场的分布情况，并没有考虑圆柱体中心理想导体的反射系数的影响，因此求出来的电磁场是错误的。红色部分的笔迹即是我后来更正的部分结果。

图 7 推导公式的部分手稿

2.6 贺嘉贻——Buffer电路的设计和测量

我的任务仍然是进行Buffer电路的设计，PCB板的布线和后续的测量。上周完成了对器件specifications的阅读以及Cadence软件的基本用法，这一周的主要任务是完成电路原理图的设计。

由于是要设计的电路属于高频高速电路，因此低频电路中很多元器件的特性都会发生变化（比如超过一定频率后，实际电容会变成电感），电路设计必须按照高频电路的设计原则进行：比如耦合电容、去耦电容的使用，选择合适负载使传输线匹配等。我按照Datasheet上的说明进行了原理图的设计，随后与指导我的金帅学长进行了讨论、修改，得到了原理图的初始版本。

图 8 初始电路图的讨论修改

周三我们同Dr.Fan对原理图进行了进一步的讨论，Dr.Fan指出了我电路中的几个小问题，并且发现了稳压芯片可能存在输出电流不够的问题。最后我们讨论决定采用两套方案：一是仍然使用稳压芯片，第二种方案是直接采用直流供电，通过实际测试说明哪一种方案更可行。Dr.Fan也对我的电路进行了一些补充，这样我可

以更好地测量电路中的参数，以后能参与更多的测量实验，将实际测量与理论基础相结合。经过了1个小时左右的讨论，我们得到了最终的方案。

确定下了方案后，我对原理图进行了修改，同时开始进行一些PCB板布线的准备工作：如建立元件的封装等。经过这一个星期的使用，我也渐渐地熟悉了Cadence软件的使用方法。Cadence软件并不是一款对用户尤其是新手很友好的软件，但是它强大的功能还是让它成为了电路设计的主流软件，我多次请教金帅学长配合使用教程才勉强熟悉了它的基本用法。下周主要任务就是进行PCB板的布线。

图 9 修改后的电路图

软件任务方面仍然在进行C++的学习，Dr.Mikheil本周开始教我们C++中比较核心的部分：类（class）。我们学习了类的几个基本用法，同时自己编写了几个实例熟悉这些用法。

这周和Dr.Fan的讨论给我印象很深，整个讨论持续了一个多小时。虽然我设计的是一个比较基础的电路，但是Dr.Fan还是很认真很细致地和我进行了讨论，包括电路中一些很细致的问题。这可能也是高频高速电路的特点，任何一个小细节都有可能影响电路的性能。而且他们对待这些问题都非常严谨，绝不会敷衍了事，让我感觉到了非常专业严谨的学术氛围。