CST介紹
關(guān)于CST高頻電磁仿真
與應(yīng)力和熱力學(xué)分析等數(shù)值仿真
領(lǐng)域不同，高頻電磁仿真是一個(gè)不斷發(fā)
展的學(xué)科。專家們?nèi)栽趯ふ易羁熳钣行?br />的求解方法，但是到目前為止，尚沒(méi)有
某一種方法可以鶴立群雄。為了搶占這
個(gè)制高點(diǎn)，各路研發(fā)隊(duì)伍必須面對(duì)所有
的挑戰(zhàn)和潛在的回報(bào)，在研究項(xiàng)目中投
入大量的時(shí)間和資金。隨著設(shè)計(jì)項(xiàng)目的
大型化和復(fù)雜化，對(duì)終端用戶的潛在回
報(bào)是能夠快速精確地解決昔日棘手仿
真問(wèn)題。
15 年來(lái)，CST 一直致力于為廣大
用戶提供具有強(qiáng)大求解功能的商用軟
件。同時(shí)兼顧用戶的其他需求，如：簡(jiǎn)
單的數(shù)據(jù)輸入、與其它CAD/EDA 軟件
間的導(dǎo)入導(dǎo)出和簡(jiǎn)捷智能化的后處理。
經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期努力，提供“完善技術(shù)”的
CST 微波工作室®（CST MWS）新版
本2006B 終于與廣大用戶見(jiàn)面了。新版
本不但實(shí)現(xiàn)了提供最佳求解器和最佳
網(wǎng)格的虛擬現(xiàn)實(shí)仿真，而且還提供了通
過(guò)多個(gè)求解器的結(jié)果進(jìn)行交叉驗(yàn)證的
途徑。使人們對(duì)三維高頻電磁仿真結(jié)果
正確性的信心達(dá)到了前所未有的高度。
流程整合
當(dāng)今世界，競(jìng)爭(zhēng)無(wú)處不在，工程師
們需要優(yōu)秀的軟件工具庫(kù)來(lái)輔助他們
完成每天的工作。在微波、射頻和高速
電路領(lǐng)域，有源和無(wú)源電路仿真工具起
著非常重要的作用，我們應(yīng)該徹底拋棄
那些既慢又繁的“cut and try”方法。
CST 一直著眼于三維無(wú)源電磁場(chǎng)仿真
技術(shù)的研發(fā)，但是近來(lái)相繼與Agilent
和AWR 公司的結(jié)成合作伙伴關(guān)系，實(shí)
現(xiàn)了國(guó)際一流的全方位有源和無(wú)源器
件的協(xié)同仿真和協(xié)同優(yōu)化。例子中含有
一個(gè)帶有固態(tài)功放饋電網(wǎng)絡(luò)與天線的
例子，在該例中可以對(duì)有源電路組件和
天線元件進(jìn)行參量化并優(yōu)化。
生機(jī)勃勃
充滿挑戰(zhàn)的
高頻電磁仿真
許多無(wú)源仿真首先要從建
模和導(dǎo)入開(kāi)始，CST 可以導(dǎo)入如
Pro/E 之類的CAD 結(jié)構(gòu)或是如
Cadence 之類的布局布線。圖1
所示為最新版本的Cadence 界
面，用戶可以定義引線特性。無(wú)
論界面多友好，多數(shù)工程師都不
希望在新軟件中重建模型。要注
意電磁場(chǎng)仿真所需的結(jié)構(gòu)模型
要比機(jī)械仿真時(shí)要苛刻得多。
CST MWS2006B 版通過(guò)
引入快速理想邊界擬合（FPBA）
技術(shù)在結(jié)構(gòu)導(dǎo)入方面取得了很
大的進(jìn)展。1998 年CST MWS
的第一個(gè)版本中采用的PBA 本
身就是一個(gè)重大突破。在結(jié)構(gòu)的
曲面上采用精確的積分方法求
解Maxwell 方程矩陣元素，使得
曲面逼近達(dá)到非常高的精度。
FPBA 取得的另一進(jìn)展是將導(dǎo)
入的模型進(jìn)行快速、準(zhǔn)確離散
化，包括那些殘缺的結(jié)構(gòu)文本。
避免了模型修整這個(gè)繁雜步
驟。標(biāo)題圖中顯示的是采用本
軟件仿真的完整手機(jī)。
時(shí)域求解器中靈活的子網(wǎng)
作為一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)性的
理論研究項(xiàng)目，子網(wǎng)技術(shù)經(jīng)過(guò)
嚴(yán)格的測(cè)試，最終在這里發(fā)布，
成為時(shí)域求解領(lǐng)域的一大喜人
突破。靈活的子網(wǎng)技術(shù)將CST
現(xiàn)有的PBA 與TST（薄片技
術(shù)）與共形網(wǎng)格概念進(jìn)行了有
機(jī)的結(jié)合。
雖然也有一些商用軟件可
對(duì)矩形區(qū)域進(jìn)行
子網(wǎng)分割，但是
缺少靈活性且不
具有共形性，另
外只能劃分
Staircase 網(wǎng)格。
CST MWS 的
一大突破是在不
犧牲已有優(yōu)勢(shì)的
前提下，集成多
項(xiàng)技術(shù)，形成真
正自適應(yīng)的數(shù)值
穩(wěn)定的網(wǎng)格。
圖2 所示為這一設(shè)計(jì)的典型
應(yīng)用－－模型的不同部分尺寸相
差很大。對(duì)于人頭以及手機(jī)天線的
小螺旋，傳統(tǒng)時(shí)域求解器將采用貫
穿整個(gè)仿真體積的均勻網(wǎng)格。新的
方法可以將小網(wǎng)格聚集在螺旋體
的周圍，而在離螺旋體較遠(yuǎn)的地
方，場(chǎng)值在空間上變化很少，故可
以采用較大的網(wǎng)格。既可以分別在
x/y/z 方向上劃分子網(wǎng)，也可以在
這三個(gè)方向上同時(shí)劃分子網(wǎng)（視結(jié)
構(gòu)而變）。例如，對(duì)于共面結(jié)構(gòu)，
則只需要在一個(gè)面上劃分子網(wǎng)格
即可正確獲取金屬邊緣特性。圖2
中，網(wǎng)格數(shù)下降很多，約僅為非子
網(wǎng)時(shí)的1/10，大大減少仿真時(shí)間。
為何引入其他求解器?
有史以來(lái)，CST 微波工作室
一直扎根于時(shí)域求解，經(jīng)過(guò)多年的
研究發(fā)展和不斷的更新，已經(jīng)成為
世界上同類工具中最成功的軟件。
然而，盡管可以解決相當(dāng)多的問(wèn)
題，尤其是電大和寬帶問(wèn)題，其他
技術(shù)在解決某些特定問(wèn)題時(shí)顯示
出其特有的優(yōu)勢(shì)。5.1 版本中采用
了基于四面體網(wǎng)格的頻域求解，并
帶有自適應(yīng)網(wǎng)格和頻率掃描技術(shù)，
主要用來(lái)解決超過(guò)時(shí)域求解范圍
的問(wèn)題。包括窄帶和電小設(shè)備，如:
高Q 濾波器、相位陣列天線、基
片上帶有線圈的SiP（見(jiàn)圖3）。引
入頻域求解器的首要問(wèn)題是要確
保界面與時(shí)域求解器完全一致，這
樣用戶只需簡(jiǎn)單地點(diǎn)擊“T”或“F”
即可啟動(dòng)合適的求解器。
2006B 版完成了世界級(jí)的頻
域求解器的特性設(shè)置，不但包括直
接求解或迭代求解技術(shù)、一階和二
階元、高級(jí)德勞內(nèi)(Delaunay)網(wǎng)格、
傾斜波導(dǎo)端口、平面波激勵(lì)、多頻
率自適應(yīng)網(wǎng)格以及相控陣元胞結(jié)
構(gòu)中的弗洛凱（Floquet）邊界條
件。圖4 顯示一個(gè)傾斜端口激勵(lì)的
循環(huán)器。
圖1 Cadence APD 中的引線設(shè)置界面
圖2 靠近頭顱的手機(jī)螺旋天線
新求解器
2006B引入一個(gè)全新的專家
級(jí)全波求解器，用來(lái)求解電尺寸
非常大的結(jié)構(gòu)，通常尺寸為幾十
甚至幾百個(gè)波長(zhǎng)。應(yīng)用范圍包含
多天線的EMC/互擾分析、天線
布局優(yōu)化和整機(jī)RCS 研究。該
積分方程求解器采用多層快速
多極子法（MLFMM）。它是一
種解決面矩量法（MOM）的快
速方法。它只對(duì)結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行
網(wǎng)格劃分。MLFMM 求解器有幾
個(gè)顯著特點(diǎn)。傳統(tǒng)矩量法對(duì)于簡(jiǎn)
單純金屬天線或線天線，由于只
需對(duì)很少的金屬表面進(jìn)行網(wǎng)格
劃分，而大部分均是自由空間，
所以非常精確且快速。由于元件
之間的耦合，而對(duì)于電大復(fù)雜結(jié)
構(gòu)，由于要計(jì)及各個(gè)面元間的相
互耦合，故導(dǎo)致大型密集矩陣。
使得無(wú)法求解。而新引入的
MLFMM 法將全局耦合轉(zhuǎn)換成
多級(jí)子空域間的耦合。逐步將子
空域內(nèi)的耦合擴(kuò)展到上級(jí)空域，
以此遞歸，直到總空域。計(jì)算量
與網(wǎng)格數(shù)N 的關(guān)系為（NlogN）。
MLFMM 求解器已被嵌入到現(xiàn)
有的界面框架中。只需點(diǎn)擊“I”
即可啟動(dòng)。圖5 顯示用MLFMM
仿真的飛機(jī)RCS。
2006B版對(duì)已有的本征模求
解器（E）也做了改進(jìn)，包括提
高求解速度、預(yù)選模式頻率范
圍，這樣可以避免總是計(jì)算從
0Hz 開(kāi)始的所有低次模?？焖僦C
振求解器（R）仍是求解高Q 濾
波器的最佳、最快速的方法。
通用時(shí)域和頻域求解器適
用于絕大多數(shù)問(wèn)題，而另外三個(gè)
特殊求解器（I、E、R）則可以
幫助工程師準(zhǔn)確而又快速地解
決一些特定的問(wèn)題。
建模器和其他改進(jìn)
2006B中的許多改進(jìn)都將使
用戶受益。為了適應(yīng)更加復(fù)雜的
建模，前端建模器在結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)移
動(dòng)時(shí)采用降低細(xì)節(jié)分辨率的方
法來(lái)提高動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)速度，最高可
達(dá)每秒15 幀。跳顯功能可以使
用戶在導(dǎo)航樹(shù)或是主視圖中快
速顯示各個(gè)結(jié)構(gòu)和隱藏結(jié)構(gòu)（見(jiàn)
圖6）。智能旋轉(zhuǎn)中心將旋轉(zhuǎn)中心
總是置于當(dāng)前鼠標(biāo)所在位置。在
后處理中，根據(jù)縮放尺度自動(dòng)調(diào)
整箭頭個(gè)數(shù)和大小。
使用一個(gè)按鈕即可在低頻
和高頻仿真之間切換，菜單和圖
標(biāo)將自動(dòng)配置。靜磁求解器與高
頻求解器間的耦合實(shí)現(xiàn)了在諸
如環(huán)流器等設(shè)備中對(duì)非均勻磁
化鐵氧體的求解。而且實(shí)現(xiàn)了高
頻電磁熱耦合的協(xié)同仿真。
CST 設(shè)計(jì)工作室可以作為
Agilent 公司的ADS 或是AWR
公司的MWO 的一個(gè)入門級(jí)電
路仿真工具的替代品。例如，它
內(nèi)含一個(gè)時(shí)域求解器可以仿真
眼圖。
CST 微波工作室與ADS 和
MWO 均有接口。完成其中的三
維無(wú)源器件的仿真。CST MWS
2006 與ADS2005A 具有無(wú)縫協(xié)
同仿真功能。
結(jié)論
2006B 看似中間版本；但卻
是商用電磁場(chǎng)計(jì)算領(lǐng)域內(nèi)最響
亮的名字之一。CST 已經(jīng)意識(shí)到
在RF 世界里，微波和高速設(shè)計(jì)
正在快速發(fā)展而且朝著更加復(fù)
雜的方向發(fā)展。世界級(jí)求解器與
人性化界面的完美結(jié)合使得我
們可以激流勇進(jìn)。使用該軟件不
但可以提高設(shè)計(jì)效率而且可以
降低成本和風(fēng)險(xiǎn)，使得我們的工
程師以及他們的經(jīng)理們更會(huì)關(guān)
注這個(gè)該版本。若您想試用，則
請(qǐng)通過(guò)info@cst-china.cn 與我們
聯(lián)系，提供您的詳細(xì)聯(lián)系方式。
(CST China Ltd.翻譯)
圖3 SiP 三維模型
圖4 帶有斜波導(dǎo)端口的環(huán)行器（頻域有限元法）
圖5 用新引入的多層快速多極子（MLFMM）求解的
120 個(gè)波長(zhǎng)的飛機(jī)的散射特性及表面電流分布
圖6 跳顯功能能夠快速地顯示隱藏的結(jié)構(gòu)
cst對(duì)硬件的要求
Software Requirements
• The software runs under any one of the following operating systems: Windows NT
4, Windows 2000, Windows XP, Windows 98, Windows Me
Hardware Requirements
• Intel Pentium or greater, IBM PC Compatible (Intel Pentium IV processor strongly
recommended)
• 100% OpenGL compatible graphics card
• CD-ROM drive
• 128 MB RAM (512 MB recommended)
• 2 GB free disk space (10 GB recommended)
以上是cst說(shuō)明文檔中對(duì)軟、硬的要求，感覺(jué)算一些稍微電大或?qū)拵У哪Ｐ?，cst要占優(yōu)勢(shì)，要說(shuō)精確，以有限元為基礎(chǔ)的hfss應(yīng)該有優(yōu)勢(shì)
