成长史丨电磁仿真分析软件CST STUDIO SUITE

发布时间:2021-06-24 14:58:05

CST 微波工作室是一个快速精确的用于微波无源器件及天线仿真、分析和设计的专业级软件包。其应用范围包括:耦合器、滤波器、环流器、隔离器、谐振腔、平面结构、连接器、电磁兼容、集成电路封装及各类天线和天线阵。它可以给出S参量、天线方向图等诸多必需的结果



CST的技术迭代




01
时域有限积分法



它拥有4种通用的求解器和20种特定应用求解器,并提供三套网格剖分(六面体、TLM和四面体网格),覆盖电磁、电路和多物理场,供用户根据具体问题选用,取长抑短,可以让各种问题都达到很高的精度和速度。它对电小,电中到电大的多种电尺寸结构都有极好的表现,可以适合各类用户的不同需求。


它的瞬态仿真所采用的算法是有限积分法(FIT)。由于它采用的是时域算法,特别适用于宽带、时域反射分析、信号完整性分析、非线性材料。一次时域仿真便可得出所有给定带宽内的S参量。下图总结了时域算法的全过程:



此算法从数学上保证,其可计算的电尺寸要比有限元法和矩量法等需要矩阵求逆的算法所能计算的要大得多。因为FEM/MoM 是隐式算法,需要进行矩阵求逆方可解出所需的电磁场量。从数学上讲,对满秩阵(MoM),矩阵求逆所需的内存和时间与网格数的三次方成正比;对大型稀疏矩阵(FEM),矩阵求逆所需的内存和时间与网格数的平方成正比;而FIT/FDTD 是显式算法,不需要进行矩阵求逆,所需的内存和时间基本上与网格数的平方成正比。




这就是CST适合计算电大物体的理论核心。FEM/MoM 和经典的FIT/FDTD 相比,对曲面逼近较好,采用的四面体网格好于后者的采用的六面体网格,但剖分网格困难,求解大问题时需要的内存和CPU 时间都是超级多。



02
PBA技术



1998 年引入了专有的PBA(PerfectBoundary Approximation)技术,对一个网格被两种材料分成两块的情况,此方法采用解析的方式,在程序内部进行处理,让曲面物体保持原本光滑的形状。弥补了经典FDTD 类算法对曲面物体近似度差的缺点,使结构逼近趋近完美。此方法采用插值的方式,弥补了经典FDTD 类算法对曲面物体近似度差的缺点,同时又保有网格划分容易、对大问题快速及内存需求小这三大原有的优点。



03
TST薄片技术



2002 年又引入了TST(ThinSheet Technology)薄片技术,在程序内部,通过对细线和薄片的专门处理,大大地提升了对这两类问题的仿真度,使得软件不但速度快,内存需求低,而且精度高。最新的版本,对TST 技术内部又有所改进,从此对于某些特殊问题,如共形天线,不用特殊的处理,就可以算到很精确。



04
MSS多级子网技术



2004 年引入了MSS(MultilevelSubgridding Scheme)多级子网技术,使网格定义更为有效经济,大大地减少了网格点,从而提供了仿真速度。


05
加入达索系统



2016年,全球3D设计、3D数字样机和产品全生命周期管理(PLM)解决方案、3D体验解决方案领导者达索系统以约2.2亿欧元收购电磁(EM)和电子仿真领域技术领先企业CST。通过收购总部位于德国法兰克福的CST,达索系统将获得全系列电磁仿真技术,丰富其3DEXPERIENCE平台上的真实多物理仿真行业解决方案体验。




CST的CST STUDIO SUITE软件被高科技、交通运输、航空航天与国防和能源行业的2000多家领先企业设计人员和工程师所采用,能够评估电子系统设计流程的每个项目阶段的电磁效果。

达索系统在为CST客户提供连续性的同时,还将CST的解决方案集成到其现有的仿真结构机械、多体系统、热传输和流体等行业解决方案体验组合中,从而满足价值6亿美元且不断增长的电磁仿真市场需求。


这将为自动驾驶汽车、互联家居、医疗设备、可穿戴电子等智能产品带来多物理和多尺度仿真领域的新行业标准。客户能迅速打造并分析高保真电磁行为模型,仿真不同频率和长度规模的电子、天线、电器设备和电子机械产品功能,同时还得到设计综合和仿真工具支持,满足精密电子系统设计要求。




-END-



慧舟软件(D&A) 电磁技术专家-李悠 撰

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