公共篇
这一周,老师们和学长们结束了在加拿大的会议,都回到了实验室,我们也第一次见到了老师,每天的工作节奏相对于前两周也快了不少。经过四个星期的工作,我们对于自己的项目也逐渐有了更深的理解,在组会上也陆续进行了presentation,得到了老师和学长的好评。
因为工作强度的增加,这一周我们几乎一整天都待在实验室,一直到晚上12点才可能有学长带我们回家。前几个星期我们并没有完全适应这种早十晚十二的作息时间,但也慢慢摸索出了一套调整作息的方法。比如晚上实在太困的时候,我们就会到隔壁的乒乓球室打打乒乓球,既解困又能锻炼身体。但实际上这周我们并没有太多的课外活动,只打了两三次篮球,周五晚上去电影院看了一场电影。
个人篇
向绍杰(电气工程及其自动化2014级)
这周我完成了ESD demonstrator的电路设计,其余时间一直在做人体模型的阻抗匹配工作,向测量的阻抗参数添加阶跃电压,然后比较ADS和matlab中的模拟结果。因为在matlab中IFFT变换遇到了一些问题,通过查阅资料,请教学长学姐,并且对之前的方法进行修正,解决了部分问题。
ESD demonstrator的电路基本结构还是和上周一样,大体上有以下几个改动:
1. 去掉了negative power supply,采用voltage convertor对正电压进行转换
2. 去掉了MERA556+的Gain Stage,将前半部分电路替换为一个差分转单端放大器
3. 添加了去耦电容,减小高频杂波对电路的影响
下一周目测可以开展元器件的测试和实体模型的搭建。
关于ESD人体放电模型的阻抗匹配,前半周我花了不少时间在ADS中调节RLC的参数值,使得仿真的阻抗波形,阶跃响应波形和测量值相匹配。但是结果不是很理想。下图是两者的波形图。
图1
由于VNA测量的阻抗值是从1MHz到6GHz,缺少0-1Mhz的数据,我人为地在DC情况下补充了一个点(0,1e12),因为在低频条件下,主要是电容在发挥作用,在直流情况下,阻抗值接近于正无穷大。
图二
我在0-1MHz内又取了几个点,(用matalab中的Curve fitting tool进行线性拟合,然后在直线上取点),以此作为人体阻抗阻抗模型的测量值。
图三
下面的工作就是将频域的阻抗信号做点除得到Y参数,再转化到时域上并且和u(t)卷积,得到阶跃响应电流波形。经过很多次错误的尝试,我注意到做IFFT的时候考虑到对称分量,否则imag( IFFT(data))不接近于0,计算出来的结果就完全不对。
因为得到的结果总是不理想,我去请教了Dr. Pommerenke,小帕教授告诉我说需要在频域的基础上做一个flipover,加上波形的对称分量,然后再进行IFFT变换,这样得到的结果的虚部几乎为0,再卷积就可以得到正常的波形了(由于对称关系,可能需要进行叠加,这里只提供了raw ifft waveform)。可以看到,两者趋势几乎相同,做过左右部分叠加处理后应该可以达到近似重合。
图四
这一周的数据处理我也收获很多教训。资料来源不应该只局限于百度,谷歌和另外一些专业性的论坛可以提供更好的信息。不理解的地方要多问,一个人的力量往往不足够解决问题。还有遇到问题可以逆向、横向分析原因,用同类型的做测试,然后进行横向对比。
曾 晨(启明学院13级信息类数理提高班)
实验室的工作主要是重复上周的测试工作,由于上周Jeet不在,很多事情我是独立完成的,这周和Jeet讨论后发现很多结果都是不正确的,并且slides做的也不够academic,所以本周的工作很多都是修改和补充。
第一部分工作主要包含一些调研工作,调研在DUT上能够跑的benchmark,上周虽然做了这方面的工作,但是很多并不能在我们的DUT上跑,因为我们的DUT上android版本太低,很多流行的benchmark都不能在上面兼容,最后找了很久终于找到Quadrant Standard Edition,他能够提供CPU, Memory, I/O, 2D and 3D graphics这几个方面的测试,并且最后能够跟市面上最流行的手机做跑分比较。但是,它还是不太好,因为如果跑了它,别的蓝牙传输之类的应用都不能用,它占用的内存比较大,这样对我们的测试便是没有意义的,所以最后我们决定可能还是要买更好的DUT,不然这项工作很难继续进行下去。
第二部分工作是进行相机的precursor测试,我们仿照之前的DUT进行了几个方法的测试,但是由于经验问题,我做的并不太好,所以就跟着Jeet重新进行了测量,发现这项工作的确很需要经验,不然根本不知道测的是什么,以及我们期待的应该是什么现象,所以说,我们只有知识到了一定的储备量的情况下才能做一定量的工作,看来任重而道远。
第三部分工作是准备周四的slides,上周我准备的slides不够academic,很多东西都是我自己懂,但是如果给别人看并不一定懂,写slides一定要站在读者的角度写,根据Jeet的指示后,我发现果然slides便做得一目了然了,看起来是不错的进步。
以上便是本周的工作。
孙泽(光电学院13级光电专业)
这周我继续进行ESD的项目。之前因为Dr.Pommermonke(小帕) 一直不在实验室,所以我们只能通过邮件交流,沟通很不顺畅,他的意思很多我都没有理解,所以实验进度很慢,大家都不是很满意。这周小帕,鹏宇学长和我三个人就项目进行了一下午的交流。小帕是一个直截了当的人,上来就指出了我们的实验setup中存在的很多问题。他觉得与其盲目地进行实验,不如先进行理论分析,明确每种情况下电缆放电应该出现的结果,再与实验结果进行比对,不同的可以再进行计算机仿真分析。所以我之前几周的实验数据由于setup存在的瑕疵可能都不能用了。因此本周的剩下几天时间我都在对各种充电放电情况进行理论分析,并在周四的组会上进行了展示。
过去一个月的这个曲折过程虽然有点挫败,但实际上给我上了很好的一堂课,让我知道该怎么独立地进行科研。之前在华科跟老师做项目,并没有自己的主动思考,往往是老师让我做什么我就做什么,只要把仿真结果交给老师就行了,也不用自己分析。但过去的一个月小帕耐心地告诉我开展一个逻辑严密的实验应该有的步骤,让我对于科研有了更深的理解。
宋皓升(材料学院13级功能材料专业)
周一,刚刚从加拿大开完会的Victor教授回到Lab了。我向他汇报了上星期的项目进展。
图五 辐射的能量与aperture位置的关系 图六 辐射能量与吸波材料位置的关系
当向导师讲述图一两端能量很高的原因时,我们解释到可能是由于aperture移动范围过小导致的,导师觉得我们没有分析到位,只是展示了结果。他希望我们从边界条件和resonate的相关问题着手进行分析。
随后我们进行测试,发现在2.1GHz处确实会有resonate的发生。
图七S11参数与频率的关系
此后,我开始动手制作测试的实物对象。
将废纸板挖了3cm*3cm的孔,切割第一周测试通过的吸波材料,将其嵌入孔中。
将大块PCB板切割成所需大小。钻孔,两孔相距10cm(测试环境1GHz,对应半波长为15cm)。再切割两块1cm*1cm的patch,通过焊接将两个port焊到对应的孔上。
图八 吸波材料 图九 钻孔
图十 焊接好的PCB板和两个patch 图十一 初期的set up
经过两三天的调整,我们构架了最终的模型。
图十二 最终的set up 图十三上天线接收辐射出的信号右天线接收相位参考值
下周将进行测试与数据分析,希望能达到理想的结果。
刘远卓(启明学院13级种子班)
这周,结束了加拿大会议的学长学姐和教授们都回到了实验室。周二,翘磊学长进行了硕士答辩,实验室大部分人员都来参加了。答辩没有想象中的拘谨严肃,大家自取准备好的零食饮料,有问题可以随时打断提问。虽然对翘磊学长答辩的两个内容并不能完全听懂,对教授提出的疑问也是一知半解,但还是体会到了实验室的学术氛围,对未来的研究方向也有了更为清晰的理解。
周末才正式开始进行板子静电场测量的实验,只能放在下周进行详细介绍。这周还是延续上周的内容,首先是在CST的VB编程。之前重心主要放在端口及组件的摆放与排列上,这周除了添加天线及相关组件外,主要进行的是工程的搭建。重新回到同轴线这一基础的模型上。上周出现了两个问题,一个是无法查看组件的属性,一个是通过代码创建的端口和组件无法保存。这周在代码里增加了环境的创建及工程的保存,解决了大部分问题,并进行了仿真结果数据的导出。通过代码的仿真还需要进一步研究。
图十四 同轴线电场仿真结果
图 十五 通过VB对上图结果导出为文件
另一块关于偶极子与天线的耦合的仿真,上周由于网格的数目过多导致内存不够的问题,学长指出,添加的local mesh数量可以适当减少。经过修改,这周完成了对Mx和My方向的仿真,但由于global mesh数目很大,耗时很长。实验室电脑配置有限,而且需要访问权限才可以进行软件卸载、安装等修改,接下来进行更多偶极子的仿真就需要放在实验室公共机上进行,并且耗时过长的原因也需要进一步的分析。
图十六 在Mx方向的仿真耗时近15小时
向浩维(启明学院13级自动化理工交叉创新实验班)
这是来Rolla的第四个星期了,上周去加拿大开会的教授们和学长学姐陆续回到了LAB里。周二的时候,邀请我们来LAB实习的Dr. Fan请我们吃了一顿饭,饭很好吃,Dr. Fan也很亲切和热情。
这一周过得还算比较有趣,周一的时候,我摸索出了如何在CST中导入Djordjevich模型,虽然最后在CST中的结果和在FEMAS和ADS中的有些许差异,但是还是可以接受的,其中Stripline的结果非常好,Coaxial cable的结果就要差了一点。其次是总结了一下Microstrip在CST中仿真所遇到的问题,以及如何解决的。
指导我的Qiaolei学长这周也回来了。周二他进行了硕士答辩,让我们这些实习生都去观摩了一下。在答辩上,Qiaolei学长陈述了他所做的两个题目,虽然我的水平有限,听的不是很懂,但是能够看一看学长的答辩,也能够对自己以后可能要走的路有一个新的了解。
在周五Dr. Fan的组会上,Qiaolei学长让我在组会上发了一次言,说了一下自己这几周的成果。这是我第一次参加这种学术组会,虽然Dr. Fan因为一些原因没有参加,但是来的学长学姐针对我遇到的问题给了我很多的建议,在总结这些建议后,我打算尝试一下,看能不能对之前的结果有所改善。
这周五晚上,学长带我们去了Rolla唯一的电影院看了一场电影,由于美国的电影院没有字幕,全凭听力。有时候旁边人都在笑的时候,我还是get不到笑点,显得很尴尬。
图十七Djordjevich Model和普通模型对比
图十八FEMAS,ADS以及CST中的模型
钟阳(光电学院13级光电专业)
这一周中最令我期待的事莫过于里约奥运会的开幕。2004年雅典奥运会以来,我热衷于观看每一届奥运盛会,为中国体育的强大而感到自豪,也被“更高、更快、更强”的奥运精神所深深鼓舞。尽管此时身处美国,依然能够通过网络看到CCTV,听着熟悉的解说,观看一些有中国运动员参加的比赛项目,为祖国加油助威。
图十九 关注奥运但仿真不能停
第四周的结束标志着我们在EMC lab实习的时间已接近1个月,巧合的是我的仿真工作也已准备完毕。而下一阶段将主要涉及Measurement(实验测量)。那么,下面将对仿真工作进行简单总结:
围绕microstrip我做了很多仿真工作,先后利用HFSS,Q3D Extractor,Advanced Design System(ADS)进行仿真,并利用MATLAB的RF工具箱观察了Smith圆,S参数幅值与信号频率的关系(即
和
曲线(dB))以及S参数的极化图。
图二十 ADS中的Schematic
图二十一HFSS中的microstrip的结构(图为我制作的一页slide)
图二十二 利用RF Tool观察各个软件仿真结果
然而工具箱的功能有限,为了直观地比较不同软件采用不同算法给仿真结果带来的差异,我利用MATLAB写了一段简短的code便将不同软件的仿真结果整合正在同一张图表中,结果如下:
图二十三S11幅值与频率的关系
图二十四S21幅值与频率的关系
当然绘制上图所用数据的得到比想象中复杂,原因在于MATLAB在import data中无法识别.s2p文件,然而从这几个仿真软件中导出的又全是这种格式的文件。经过一番摸索,我在RF Tool中找到了“答案”,利用RF Tool识别数据文件,转成excel格式后在MATLAB的workspace中建立矩阵,导入excel中的数据后再将多组数据整合。
实际上HFSS采用全波仿真的算法,对电磁场的计算结果是最精确的。于是以HFSS的计算结果作为标准值,从而计算Q3D Extractor和ADS仿真microstrip时的相对误差。定义相对误差如下:
在Matlab中通过如下命令实现对包含5000个元素的矩阵的运算:
图二十五 利用Matlab进行数据处理
相对误差计算结果如下:
图二十六 相对误差曲线
最终得到结论:在
的频段,HFSS,Q3D以及ADS中对S11和S21的计算结果基本相同。当
后,S11和S21的仿真结果表现出明显差异,这正是不同算法对高频频段仿真结果影响的体现之一。
接下来的几周,在中国运动员为祖国争金夺银的同时,作为基金委派出的学生,我也应当更加专注于学业,为中华之崛起而读书!