公共篇
Simulations, measurements, reports, meetings…在罗拉小镇，我们专注于各自的项目，恍如隔世。直到8月26日，在微信上看到华小科的推送“华中大的新生入学静悄悄”才猛然意识到新学期即将开始。同样在这一天，14级的特优生向绍杰同学出色地完成了他的课题，乘上了回国的飞机。离别之际，千言万语浓缩成一句话：祝学弟大三愉快！
对于我们13级的本科生，实习刚刚过半，大家仍需努力。
个人篇
钟阳（光电学院13级光电信息科学与工程）
既然无法回学校上课，那就在lab创造等效的价值；既然将错过国奖答辩，那就用项目汇报来弥补心中的遗憾；既然选择了放弃保研，那就专心科研，等一个理想的offer。
组会（Group Meeting at Friday afternoon）从这周开始就发生了些许变化：组会地点由大会议室改成了大教室，组会时间延长了1个小时左右，然而变化更大的其实是大家探讨的内容以及参与者的心态。从此以后大家利用组会的时间来解读一些具有启发意义的paper，提出一些新的可行的研究方向，而不再局限于汇报某个项目组的进展。我很喜欢这样的变化，比如孙经东学长提出的利用蒙特卡罗算法寻找类似
这种包含7个变量的复杂函数的数值解的方法就极具启发意义。
这一周的结束标志着3个月的实习只剩下一半，那么我简单地做一个阶段性报告：
在学习了传输线理论，用HFSS，ADS，Q3D Extractor完成了对Microstrip的仿真并对比分析之后，我利用50GHz的VNA测试了一批Cisco的测试板，其中应用的校准方法包括精准但操作复杂的TRL（Through, Reflect, multi-Line）Calibration，一键完成但相对误差较大的E-cal，同时也通过查阅文献了解了De-embedding与Calibration的优缺点以及各自的技术特点。根据我的理解，他们的关系大致如此：由于TRL校准的操作繁琐，人们一直想通过提升E-cal的精度来取代TRL-cal，而提升E-cal精度的有效途径就是将其与2x thru De-embedding结合。
在完成了理论、仿真、测试等方面的基本训练之后，我开始参与Cisco与lab的一个项目。这个项目的动机整理如下：当2x Thru结构与一个测试板上完整结构的对应部分存在电特性差异时，需要找到可行的补偿算法。（Motivation: When the electrical performance of fixtures in 2x Thru and corresponding parts of total pattern are different, solution need to be studied.）
首先，为了得到存在电性能差异的结构，我将Allegro中的PCB导入HFSS建立3D模型，再利用Subtract操作简化模型从而减少全波仿真（full-wave simulation）所占用的内存和计算花费的时间。部分简化模型的俯视图如下：
图1. The latest full-wave models
其中，2X和1x结构存在微带线不对称的差异，同时对两种结构分别设置了微带线厚度的差异，从而人为地引入了不同的阻抗，这一点利用2D Extractor仿真验证过：
图2.2D Extractor得到的TDR阻抗曲线
1x与1x+SFP除了1个SFP结构有无的差异，也存在明显的走线差异，上述这些参数都是在实际设计中需要关注的，也是我们需要设计的补偿算法中必须考虑的几个基本参数。
由于项目需要，我获得了emclab09和emclab35这两台公共机的使用权限，将上述5个模型分配到2台公共机上，计算了三天三夜才获得了10MHz~10GHz完整的仿真结果。两两对照分析，结合理论知识，初步判断仿真结果可信。于是，这个项目的Step One（第一阶段）顺利完成——建立了具有电特性差异的合理结构并获得了完整的仿真结果（数值解）。下面仅以传输线厚度为0.6mil和0.9mil的1x fixture模型为例进行简单的分析：
图3. 1X_0.6mil和1x_0.9mil的SDD11幅值曲线
对于4端口网络，通常将两个端口组成一个pair，可以选择共模（common mode）或差模（differential mode）激励（stimulus），共模或差模响应（response）。这样就有4组S参数：SDD,SDC,SCD和SCC：
图4.四端口混合模式
在信号完整性(SI)领域，广泛使用的还是差分模式（Differential mode）,因为它可以减少电磁干涉（electromagnetic interference）和电测辐射（electromagnetic radiation），同时抑制噪声（noise）。
根据定义，SDD11的反映了输入端口的反射波与入射波电压之比，做对数运算（20log10）后，SDD11代表输入端口的反射损耗（input differential return loss）由于实际模型中，两条传输线彼此分离，任意端口在低频处（或者说直流处）的返回损耗应该非常大，而上图中所显示的-55dB换算成线性坐标意味着该端口的反射功率远远不到入射功率的1%。类似地，下图所示的SDD21曲线反映了传输线的插入损耗（insertion loss）。
图5. 1X_0.6mil和1x_0.9mil的SDD21幅值曲线
图中显示的插入损耗在直流处（DC）为0 dB与预期完全相同，随着传输信号的频率升高，传输线上的损耗增加，其损耗在线性坐标中与频率成根号反比规律。这造成了在10GHz左右插入损耗达到0.8dB左右。
另外，S参数幅值曲线中的纹波（Ripple）体现出阻抗匹配的重要概念，正是因为传输线的特性阻抗（characteristic impedance）随频率变化，导致负载阻抗与特征阻抗不匹配程度随频率不断变化，造成反射损耗的“周期性”变化。
图6. 1X_0.6mil和1x_0.9mil的SDD21相位曲线
SDD21的相位曲线完全重合，原因在于这两个模型的区别仅仅在于传输线的厚度存在差异从而导致特性阻抗不同，但传输线的长度（length）和走线（routing）以及其他层的铜板结构都完全相同，所以相位曲线完全重合是合理的。
下一阶段的任务主要集中在获得大量仿真和实验的数据，为算法的设计与优化提供可靠的数据基础。将来的工作（future work）将涉及到算法和建模，我十分期待！
曾 晨（启明学院13级信息类数理提高班）
本周Jeet去加州面试了，回来后心情不错，也祝福他，而小帕也去加州出差了，所以本周的工作更多的是自己安排自己完成，最后我发现这样效率其实挺高的，因为自己安排的话更加灵活，然后可以随时赶进度随时休息，就好像在华科的时候也不太会上课听讲，反而自己自习效率要高很多。
本周的工作主要集中在对DUT的研究和对之前声音处理工具的改进上，另外在Jeet回来后我们也做了一些相关测试。除了本职工作，我还帮助qiaolei学长探究了EMC Studio的使用，毕竟实验室对这方面了解的人不多，所以我们就做了一次pioneer。
对于新的DUT，是一台还不错的LG手机，然而不错的后果就是设计的比较周密，对于我们测试工程师而言就要费一番脑筋去想怎么才能把它拆开，我大概花了半天时间才把它拆开，看起来很夸张对吧，可是只有当你自己看到密不透风的shield才能感觉到那种无处用力的感觉，最后只能拿刀一点点划开。
图7.拆机示意图
对于之前音频处理工具的改进，我本周加入了小波分析和音频压缩的功能，并且之前只用了自己创造的信号进行测试，本周用了实际信号进行测试，最后发现效果还不错，可以明显的根据不同的带宽滤波然后分出信号进行混频，结果是可以清晰的听出esd注入之前和之后的信号，感觉这方面的工作可以告一段落了吧。当然了，在周四和sony的远程会议上，Ahmad和小帕都提出可以把小波和stfft的方法结合起来，感觉很有创新，可能之后的工作会先完成这个吧。
图8.音频处理信号工具箱
最后对于EMC Studio的探究，可能是实验室了解这个工具的人的确不多，qiaolei学长就要我们探究一下，我们仿了简单的stripline和microstrip模型，虽然中间踩了很多坑，但是最后还是都完成了，也算有点成就感，而结果表明他在低频部分和CST差不多，但是高频部分由于高次模，会不准，但是总而言之，这个至少是实验室之后在仿真工具选择上又一种选择。
图9. stripline在EMC Studio中的模型
刘远卓（启明学院13级种子班）
本周，关于VB编程部分，为了解决与华为会议中出现的问题，我仔细分析了代码及手动添加组件的过程。发现只是端口添加先后而导致的起始点的不同。这可能属于软件内部的精度问题，在实验来看是可以接受的。另外，我也开始使用FEMAS进行实验结果的分析，由此也发现了匹配阻抗的问题。在仿真过程中，如果没有设定特定的阻值，将会根据结构的阻值进行匹配，这样得到的结果的反射值将更小。但在导出数据时，选项中已默认50欧姆的匹配电阻，这导致了导入FEMAS中的结果与CST中直接观察的结果的不同。虽然只是小细节，但也学到了不少知识。
图10.默认阻值需要一致
接下来继续是EMC Studio软件的研究。除了跟着教程进行贴片天线的仿真分析外，还进行了同轴线的仿真。由于与CST结构的不同，所以惯性思维导致犯了很多错误，我所构建的模型所得到的结果2端口没有接收到能量，可能是短路，却找不到原因。后来多谢Tama的帮助，明白了组成同轴线外圈的结构需要将上下表面删除，而不是我之前理解的全部填充满。在填充电解质时也需要将中间挖空，用BULK类型添加所需电解质，并为wire让出一定空间。之前Mesh Intersection的问题也是由于body部分没有Unite起来造成的。终于得到了形状合理的结果，但值却依旧有些偏差，还需要进一步研究。
图11. EMC Studio中的同轴线模型
最后是关于天线板在CST中的仿真，经过了Stripeline的仿真，确实有许多默认的细节没有注意导致了结果的不准确。单位、边界类型、背景的属性、仿真时的默认阻抗等等，需要注意的地方有很多。最终结果终于出现了谐振点，但板子设计的是2.5GHz的谐振频率，而我仿真出来的是2.2GHz左右，这样结果的产生原因有很多，从图中可以看出的S33有所偏差，因此可以从3端口入手分析。
图12. CST中天线板的仿真结果
本周组会进行了改革，上周范教授提议希望组会有新颖的内容，希望每个到场的都有所收获。本周的组会有5位学长学姐进行分享，虽然大部分内容对于我来说都比较深奥，但可以了解到该领域不同方向的研究也是一件不错的事情。
孙 泽（光电学院13级光电信息科学与工程）
这一周我继续进行USB线的ESD实验。上一周周末的setup发给Dr. Pommerenke之后，他认为我们的实验装置存在很大问题，一是线和地之间的高度没有确定，另外USB每根线的termination没有确定。这一周首先我们重新搭建了新的setup（图一），在USB box里的电路板上给每根线焊上了相应的termination。然后又花了一天的时间对ESD gun和current probe进行了校准。最后我们得到了几组scenarios的数据，并画出了每种情况下的equivalent circuit。周末我们又用TDR测试了更多USB线，准备接下来进行更多种情况的测试。
图13.实验srtup
这一周的进度整体来说有点慢，我觉得主要有两个原因。一是我没有学习过实验所需要的传输线相关知识，所以在画equivalent circuit时很吃力，总是在对实验结果进行expect的环节上花费很多时间。为此我也在看Dr.Fan的课堂视频，尽快补齐这方面的知识。此外我的report经常条理不清，加上理解错误导致的差错，经常出现实验结果正确，但是依旧被老师质疑。接下来我会力争弥补我的这些缺点，加快项目进度。
此外，这一周MST也开学了，我跟着学长也去听了实验室Victor教授的课，主要是介绍ADS仿真的使用。
实习已经过半，希望我能再接再厉，得到老师的认可。
宋皓升（材料学院13级功能材料）
这周再次开始了实物set-up的测试实验。在真正开始测试实验之前，我找Victor教授进行了两次谈话。第一次，我向他咨询了关于我们原来实验结果与预期存在差距的原因，我们分析可能是支撑吸波材料移动的金属杆对patch辐射的能量产生了影响，他听了我的想法后，认为这并不会对结果产生影响，这样我们也就不用花时间在重新搭建set-up上了。第二次，是在我们测试各种废弃材料的吸波能力时，向他说明了材料匮乏的现状，他表示理解并提出可以通过增加absorber的厚度来提升吸波效率。其次，我在询问他是否需要做cavity case的set-up时，他表示我需要先做一块absorber一个patch和一块absorber两个patch的实验，这样的话，能更加直观证实这种方法的可行性。
图14.测试各种材料的吸波能力 图15.最终选择的吸波材料
我们在确定好材料之后，按照原理图，再次搭建了set-up进行实验，并处理相关数据。
图16.重新搭建的set-up
图17.数据处理
结果很不令人满意，重建的辐射能量图并没有预期的凹陷，反而有上升，分析得出，由于吸波材料过小，辐射出来的波发生了反射，反而还增强了辐射能量，与我们的想法背道而驰了。
在实验过程中，我发现单单加厚吸波材料并不能达到目的，反而做成一个封闭的腔体才能达到吸波的目的。下周将会针对这个问题重新设计我们的set-up，希望有好的结果。
向浩维（启明学院13级自动化实验班）
一转眼一个星期又过去了，这一周我主要和曾晨和刘远卓一起研究了一下EMC studio这个软件的用法，包括传输线和Dipole的仿真，并且对研究Resonance的原因的版子做了一下改进，以及完善了一下Microstip在低频不准的slides以及原因。
首先是对EMC studio的探索，开始的时候我们想仿真Stripline和Microstrip两个简单且常用的原件，但是在高频的部分，|S21|出现了比较大的下滑，而不是预想中的直线，而我们并不清楚原因，于是陷入了困境。
图18.高频部分突然下滑
后来通过bichen学长，我们知道了实验室的一个很漂亮格鲁吉亚妹子Tamar原来曾经在EMC studio这个公司工作过，于是我们请教了Tamar, Tamar告诉我们这个原因是由于Discrete port引起的，由于discrete port是电压和电流激励，而不是直接激励的TEM波，在Microstrip内会有高阶模存在，变会造成高频突然下滑，于是Tamar教我们用如下方法
图19.原本模型的改进
在改进之后，S参数就好了很多。于是我们又和CST软件进行了对比，CST模型如下
图20. CST模型
在对比4种模型之后，我得到了如下结果
图21. CST和EMC studio对比
可以看到一开始用single-wire的效果是最差的，而Multi-wire的|S21|基本能够工作到26GHz，再高频的部分，就需要增加更多wire来解决，反观CST模型得到的结果，棕色的曲线是最理想的曲线，是由Waveguide model得到的，而Discrete model得到的绿色曲线也比EMC studio得到的蓝色曲线仿真的更好一些，于是我得出的结论是，在仿真传输线的层面，CST是优于EMC studio的。
在仿真Dipole的例子中，在EMC studio中，我们得到了如下E场曲面
图22. EMC studio中的E-field
图23. CST中的E-field
看起来图中的pattern是差不多的，但是具体的数值我还没有进行比较。
接下来到了研究Resonance板块的地方。Qiaolei学长跟我说，我可以做一个4层的PCB板，于是我现在CST中设计了一个模型如下
图24.设计的PCB板
虽然这只是一个很简单的板子，但是在仿真的时候，还是出现了一些问题。在低频的时候还是出现了断路的情况，下一周我打算解决这个问题。
后来我总结了一下Microstrip在低频不准的原因，以下是我做的Slides
图25.问题所在
解决方法1：
解决方法2：
解决方法3：
解决方法4：
虽然最后一个解决方法很有效，但是Qiailei还是叫我再深入研究一下具体发生的问题，先是看CST中的message中有没有有用的信息，再是看E-field和H-field的分布，看具体是由于什么原因造成在低频部分不准。
向绍杰(电气工程及其自动化2014级)
现在我已经在回程的飞机上，一边假装看风景一边码字。这是我实习的最后一周，感觉也是过来EMC lab之后过的最忙碌的一周。因为任务很多，我的工作时间延长到晚上一点半，睡眠时间大概每天就只有五、六个小时。但是由于有很多deadline要完成，整个人觉得非常excited，也并没有觉得很疲惫。不过长期这样肯定是不行的，我们应该加强锻炼，为祖国健康工作五十年。
周日周一两天我计划和印度小哥Kaustav测完高电压部分的放电电流。我这两天在测试chmaber里待得时间比在家还多。
图26. chamber内的测试环境
因为周三晚上的Samsung公司的会议上要汇报项目进展，而项目的slides周一要发给Dr. Pommerenke检查，周二要发给sponsor过目，但是测试的数据不够，无法完成分析。可是最近开学，Kaustav上午上课，所以测试时间只有下午和晚上。总之后来就是没有测完，只能用已有的数据进行分析。
图27.汇报进展的slides
可能是因为睡眠缺乏的原因，在Samsung在线例会上做项目进展汇报时，我几次感觉大脑短路，说话不利索，好几个地方都讲错了，十分惭愧，幸好有人救场帮我回答。
接下来两天才是真的非常刺激。现在想起来真是后怕得很。第一件事是临时确定的项目答辩，由于Dr. Fan周五下午有组会，所以临时确定在周四下午进行答辩，我一个人vs实验室的四位大佬。我只有一天半的时间准备slides和练习，就在我准备放弃治疗的时候，亲学姐过来给了我非常深邃的指导，让我感觉豁拦开朗。
图28.答辩用slides
为了避免之前的大脑短路，我晚上改答辩的slides只到12点半，发给小帕过目，然后睡了个好觉。第二天起来很早就收到了小帕的答复，感觉十分感动。不过small correction实在太多。
图29. Dr. Pa的邮件
第二天中午我做了简单的练习就进了会议室开始答辩，听我答辩的有Victor, chulsoon和小帕。由于只有半个小时时间，而我的slides大概有30多页，所以我加快了语速。这么快的语速吓了自己一跳，我说英语从来没有这么溜过。整个答辩进行的比较顺利，几位教授一共问了我6到7个问题，小帕帮我回答了一些，剩下的我就自己解决了。
第二件事是ESD Demonstrator的PCB Layout，虽然说已经基本成形，但是拖的时间太长了，我本来幻想第三周可以做完，结果被现实狠狠的打了脸。这周五下午才做完投给厂家order,我就急匆匆地去赶飞机。
图30. PCB layout
非常感谢实验室各位学长学姐们的关照，让我觉得EMC lab真是个好地方，在这里度过的每一天，都觉得非常的充实和难忘。
华中大启明学院
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华中大创客空间