2009.11.20MWJournal_CST2010NewFeatureOverview-cn+en.rar
CST 2010版本总体介绍
技术完备的设计软件 - CST 2010版
几年前，CST公司在CST MICROWAVE STUDIO?（CST MWS）时域求解器的基础上引入了频域有限元求解器。CST意识到，随着微波／射频和高速数据传输应用的不断增加，我们需要不同的数学求解算法来处理不同类型的仿真问题，以达到仿真速度和内存占用量的最优化。这些方法分散在不同的仿真软件中，而CST则将这些算法全部集成在一个已被广大CST 用户所公认的友好的操作界面下。
CST公司致力于不断的技术拓展，引入和开发了大量新的高效的算法，使其能够快速精确地仿真各类射频微波以及高速数据传输等应用。CST还引入了包括电路、热力学和结构力学等的非纯电磁场的多物理协同仿真。这些仿真可以直接无缝的协同，也可以通过CST DESIGN STUDIO?(CST DS)进行间接协同。
从CST STUDIO SUITE 2010 起，CST DS将成为标准配置。它是电原理图版图电路级和系统级仿真器，内嵌全自动优化功能。对于广大设计工程师，使用CST进行完整的系统级仿真正在成为主流——这对于包括多种材料，多部天线和众多线缆的复杂高频设备无疑是个突破性的进展。
依靠完备的技术，CST为这种问题提供理想的解决方案。例如，数据网络设备公司的设计工程师们可以青睐于使用时域求解器仿真其带宽，并利用时域求解器占用内存小的特性来仿真复杂结构。而对于国防领域来说，可能还需要频域求解器来仿真相控阵天线以及高频渐进求解器来仿真电大飞机的雷达反射截面。
在不断增强仿真能力的同时，CST意识到工程师通常需要一个包括机械CAD设计，印制板及线缆布局布线，路仿真，以及传统的电磁场仿真等诸多功能的软件包。单一功能的电磁仿真软件已是远远不够的；它必须嵌入整个的设计流程中。本文介绍了CST STUDIO SUITE 2010版的3D电磁场技术，并列举了它是如何成为设计流程和系统级仿真中，不可或缺的重要组成部分的。
CST的核心求解器仍然是时域（T）和频域(F)，其功能不断得到增强，其中包括新算法的引入以及对高性能硬件的支持。
新功能之一是在2010版CST MWS的频域求解器中引入了灵敏度分析。在给定结构加工公差的条件下，对S参量的灵敏度或公差分析不需要重新数值仿真就可以快速得到。
同样地，在频域求解器中引入了三阶元和混合元。这一特性在使用频域求解器仿真具有精细结构的电大尺寸物体时显得尤为必要。
时域求解器的新特性之一是N阶材料特性曲线拟合，这主要应用在对材料的精确宽带建模中。另外时域求解器对于宽带端口的端口损耗计算进行了改进，使得求解更加精确。
对原英国上市公司Flomerics电磁部门的整体收购为时域求解增加了传输线矩阵法（TLM）这一新的算法。这一3D电磁场算法提升了CST处理电磁兼容和电磁干扰（EMC/EMI）应用和天线布局问题的能力。其中一个非常重要优势是它的“精简模型库”(Compact Models)。它可以将诸如平直或曲面形状的通风孔／通风网、蜂窝板、搭接、屏蔽网／屏蔽膜、导电胶套等复杂细小几何结构用精确的电路模型进行代替，而不必直接划分网格进行场仿真的“强攻”。大大地解决网格划分大的困难。另外其“八叉树网格”(Octree Meshing)非结构性子网功能能够极其有效地保证在巨大的最大网格和最小网格之比下的仿真精度，从而进一步降低了网格总量。上述两种方法能够使网格下降至少85% ，即仅适用起始网格的15%或更少进行仿真，通常仅适用10％以下的网格。
在2010版中，CST MICROSTRIPES?(CST MS）进一步地集成在CST STUDIO SUITEI中，可共享结构模型的导入导出，重要的是CST MS在此版本中已经有了与CST DS的无缝协同。与CST MWS一样，CST MS模块可以在系统级仿真中与其他电路元件级联。CST PCB STUDIO?(CST PCBS）和CST CABLE STUDIO?(CST CS）可以将印制板和线缆线束作为激励源导入到CST MS进行包含有机箱机柜等复杂周边环境的宽带和超宽带EMI仿真。同样地，CST还可以仿真其互易的逆问题——电磁敏感度（EMS）分析。如CST CS与CST MS协同可以仿真瞬态雷击或强电磁脉冲（EMP）照射下飞机内部线缆（单线、双绞线、排线、单芯／双芯／多芯屏蔽电缆等等）上所感应出来的瞬态电压和电流。
以上的这种两部走的去耦思路利用了这两类工作室的优势——宽带辐射源的确定和在周边三维结构存在情况下电磁辐射的仿真，有效地节省仿真时问。CST STUDIO SUITE的其它工作室通过“场源”(Field Source)也可以实现该功能。
最新的版本采取了新技术可以彻底利用既有的硬件设备，从而起到加速仿真的作用。通过使用高性能计算（HPC）平台，可以显著地提速。
为了使用户能够充分利用各类的软硬件加速功能，CST引入“加速令牌”(Acceleration Tokens) 的概念，每个令牌可以有权使用所有的加速功能，但每个时刻只能利用某个特定的加速资源。显然，用户拥有的加速令牌越多，则可以同时支配的加速资源就越多。
加速资源包含GPU（显卡技术），MPI（机群计算）以及多端口、多频点、多参数同时分布计算（将独立的并行任务发送给多个计算机同时计算）。支持在每个主板上最高16 个线程的多线程并行运算。图1给出可用的HPC功能。
实际中一些计算应用不仅需要硬件利用性能的提升，还需要特殊核心求解器的支持。这些具有挑战性的问题覆盖范围从复杂的多层PCB板到大型飞机或船。无论哪种情况，其对应网格数及复杂性都要求使用新的特殊功能的算法来胜任。
在驱动高频电流或场通过设备时，必然产生其他物理效应，例如温升和结构形变。为了实现完整的系统级仿真，这些效果都应当在设计中考虑。
在过去的版本中，CST引入了积分方程求解器（I），其中包括了矩量法（MoM）和多层快速多极子法（MLFMM）。该求解器对电大尺寸天线和飞机尤为有效。图2给出安装在电尺寸600波长的直升飞机上的、工作在9.5GHz的天线性能仿真。而若要仿真在雷达频段上的超电大尺寸（几千波长）的军用飞机和舰船的话，则需要其它更为有效的算法。
CST 最新的电大高频渐进求解器使用最新发展的弹跳射线法（SBR）——物理光学法（PO）的扩展。该算法采取了二阶曲面网格，这样避免了网格奇点。通过大量算例的比较，证实了该算法具有相当高的精确度，且与全波算法（在全波算法所能计算的电尺度内）结果相符。
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