经过近30年的发展,cst软件形成了自己独特的技术路线。与市面上其他产品相比,cst的最大特点是完备的技术。在本期中,我们将通过介绍cst的历史,逐步展开对cst软件各个算法的特点和介绍。cst工作室套件本身就拥有超过20个求解器,可以解决从直流、低频到高频、光学、多物理场、pcb、线缆等各个领域的问题。针对不同的领域和仿真任务,都有最适合的求解器,如下图所示:
让我们简单回顾一下cst软件的发展历史,了解软件在发展过程中不同的阶段,各种求解器和算法是如何开发、收购以及整合的,最终成为达索simulia电磁凯发网站的解决方案的重要组成部分。
了解cst软件历史的同学应该知道,cst原是一家德国公司,创立于1992年的达姆施塔特。该公司成立之初的目的是商业化电磁场求解器mafia,这是olvingmaxwell'sequationsusingthe finiteintegrationalgorithm的缩写。mafia是一个通用的三维电磁场求解器,适用于从静态到太赫兹的整个频率范围。该软件还集成了多种物理求解模块,包括声学、电动力学、热学等,这些模块都基于相同的数值方法。今天所称的有限积分技术(fit),可视为我们日常使用的时域算法的雏形。cst微波工作室是根据fit算法开发的产品。当时,该产品采用了最先进的3d建模技术,使结构的创建和设置更加便利,有效地协助天线射频工程师利用数值计算迅速完成设计任务。
cst独家成功研发pba技术标志着重要的里程碑。采用pba(perfect boundary approximation)的共形网格技术,可以显著提高时域求解器的计算精度和网格效率,从而使得cst软件在全球电磁数值软件市场中迅速崛起,其市场份额的增长超过整个市场的增长速度。需要注意的是,由于起点方程的不同,fit和fdtd并不是同一种算法。cst的pba技术包含tst薄片技术,该技术允许cst在同一个网格内处理多种材料。经过二十余年的技术不断进步和改进,pba网格已经发展到第n代产品(n>5),与最初的版本相比,模型的通用性和精度性能有了巨大的提高。
进入21世纪后,各家电磁仿真软件公司都运用自主研发的主流算法,打响了殊死的竞争战。就cst的技术路线而言,它秉承“开放包容”的理念,借鉴了众多领域的技术,在微波工作室部分,他们不仅掌握了各个主流算法,更进行了自主研发,逐步建立了完善的体系,图中详细展示:
针对三维仿真而言,fit、tlm、fem、ie、sbr等主流的电磁计算算法统统都包含在内,用户可以在合适的情境下自行选择最适合的求解器。
针对不同的仿真问题,需要考虑到不同的电尺寸、模型复杂度、谐振、频带宽度、支持的材料和硬件条件等因素,这些因素都会影响仿真效率,并需要选择相应的最优求解器。而cst提供了市面上所有主流数值方法的凯发网站的解决方案,因其完备的技术而备受青睐。
熟悉cst软件的同学应该了解,该软件的界面提供了各种求解器的切换功能,并且这些求解器已经很好地融合在一起。只要正确理解模型,就可以通过一键切换的方式来相互验证,从而实现模型的快速求解。下一期,我们将详细介绍cst软件中最重要的时域求解器(fit)和频域求解器(fem)之间的比较方法。
2007年期间,cst为了实现其完整技术目标,相继完成了多家企业的收购。cst收购了simlab的主要股权。此前,simlab技术在pcb和线束的si/piemc/emi分析领域有着卓越声誉,并成为当时pcb和线缆工作室的基石。通过对这些技术的不断探索和开发,cst成功实现了2d和2.5d pcb信号电源完整性评估方案的完美解决。
cst现已获得包括linmic电路模拟器源代码的所有权。在3dem/电路协同仿真中,拥有自己的电路仿真器对于实现高效仿真设置而言具有重要前景。cst微波工作室和设计工作室的融合已成为电磁仿真流程中不可或缺的一部分。cst不仅可以执行常规的场路协同仿真,还可以将路仿真的结果重新合成到场仿真中。此外,由于其独特的瞬态仿真特性,cst还能够完成真正的瞬态场路协同仿真。
在当年,cst还收购了flomerics的电磁(em)业务,其中包括microstripes和flo/emc两个工具。这两个工具都采用了传输线矩阵法(tlm),这也是一种非常独特的时域方法。在被整合到cst之后,它们得到了进一步的发展。在最新的2020版本中,tlm求解器还引入了先进的pba技术,并结合自身的八叉树网格特色,极大地提升了它在cst工作室套装中的应用频率。
在2010年,sam系统通过收购一系列求解器和模块,并成功整合高性能计算能力(hpc)cst。这使得sam系统能够运用适当的求解器解决各种单个问题的能力得到了增强。然而,在某些应用场合,仅仅使用一种求解器还不足以高效地解决问题,因此采用混合求解的方案已成为一种更为先进的解决当下电磁仿真问题的方式。请参考先前的仿真实例009,内容为汽车天线的双向混合求解仿真,同时可以查看培训视频part2-1中的双向混合求解部分。
cst和达索的3de平台在合并后将更好地整合,同时通过powerby的功能,可以实时调用cad模型。从那时起,cst成为达索系统旗下一款优秀的仿真软件,并在不同的行业中展现出其独特的魅力。
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