如何利用Python批處理CST的仿真模型并提取關(guān)注的結(jié)果？
作者 | Ma Bin
如果對(duì)于一個(gè)CST仿真模型，我們需要不斷的嘗試各種參數(shù)組合，以比較不同參數(shù)組合下的計(jì)算結(jié)果，那么我們應(yīng)該怎么做呢？
方法一：一次一次的打開(kāi)模型，修改參數(shù)并且啟動(dòng)仿真，然后保存每一次的結(jié)果？
方法二：進(jìn)行一些參數(shù)掃描，甚至是迭代的進(jìn)行多個(gè)參數(shù)的掃描？
顯然，方法二適用于每次只變1-3個(gè)參數(shù)，如果每次需要改變的參數(shù)很多，并且參數(shù)的變化沒(méi)有規(guī)律，那么這種嵌套的掃參方式會(huì)計(jì)算一些無(wú)用的參數(shù)組合結(jié)果，不僅浪費(fèi)時(shí)間還多占用內(nèi)存。
如果只需進(jìn)行3次或者5次的參數(shù)組合，那其實(shí)直接用方法一，就是最高效最簡(jiǎn)單的辦法。但是如果參數(shù)的組合數(shù)上升到50次甚至500次，那我們就需要尋求另一種方法了，這也是這篇文章中我想跟大家介紹的利用Python進(jìn)行批處理的方法。
方法三：利用Python進(jìn)行批處理
我們以一個(gè)CST自帶的喇叭天線為例，這里的監(jiān)視器做了刪減，只保留了三個(gè)頻點(diǎn)的遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)視器，我們關(guān)心的是天線的遠(yuǎn)場(chǎng)性能和S參數(shù)。
在這個(gè)喇叭天線模型中，有很多參數(shù)。我們創(chuàng)建一個(gè)Excel，命名為Parameter List，然后輸入三組天線的參數(shù)，這里我們只改變其中三個(gè)參數(shù)。需要注意的是，參數(shù)的修改必須是合理的，否則會(huì)造成3D建模報(bào)錯(cuò)，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致Python代碼運(yùn)行不成功，無(wú)法達(dá)到批處理的效果。
在CST中，我們還需要設(shè)置兩個(gè)后處理模板，一個(gè)是導(dǎo)出遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖，另一個(gè)是導(dǎo)出S參數(shù)。這里的結(jié)果導(dǎo)出，可以根據(jù)需要隨意調(diào)整。
在Python腳本中，有以下幾個(gè)重要的組成部分。
導(dǎo)入必要的庫(kù)，包括CST的庫(kù)：這里主要是導(dǎo)入DesignEnviroment，它可以控制CST的打開(kāi)和關(guān)閉；其他的庫(kù)比如xlrd、numpy、matplotlib等等視需要而定；
讀取參數(shù)列表：從Excel中讀取我們需要的參數(shù)組合；
For循環(huán)：遍歷Excel中所有的行，每個(gè)循環(huán)中嵌套CST的打開(kāi)、修改模型、仿真、導(dǎo)出數(shù)據(jù)最后關(guān)閉CST等一系列操作。
CST控制：完成指定CST仿真工程的打開(kāi)和關(guān)閉，按照Excel中的參數(shù)修改模型的parameter list，選擇求解器并啟動(dòng)仿真。其中，將Excel中的參數(shù)傳遞給CST，并控制CST的parameter list進(jìn)行參數(shù)修改，主要參照下面的代碼；
數(shù)據(jù)導(dǎo)出：CST中設(shè)置的后處理模板，會(huì)將需要的結(jié)果保存到所在工程文件夾下的Export文件夾中，需要通過(guò)Python將每次循環(huán)計(jì)算的結(jié)果抓取并存放到指定output文件夾中。
數(shù)據(jù)繪圖：利用Python可以對(duì)每次計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行繪圖，在批處理完成之后，可以對(duì)每種參數(shù)組合的主要結(jié)果進(jìn)行預(yù)覽。這一步可有可無(wú)，按需取舍。
運(yùn)行Python代碼，如下圖，可以顯示Number of Antenna和 Parameter name等等信息，還可以顯示目前的進(jìn)度。當(dāng)然這里也可以顯示CST模型的網(wǎng)格數(shù)量，端口數(shù)量等等用戶關(guān)心的信息，只需要加代碼即可。
隨后，在指定的output文件夾內(nèi)，可以看到導(dǎo)出的數(shù)據(jù)，這里的數(shù)據(jù)都自動(dòng)加了前綴以便區(qū)分。值得說(shuō)明的是，在本例中我們關(guān)心的是每個(gè)喇叭天線的S參數(shù)和遠(yuǎn)場(chǎng)性能，所以這里就只抓取了這些結(jié)果。如果需要場(chǎng)源文件、電場(chǎng)數(shù)據(jù)等等，都可以通過(guò)后處理+Python的方式抓取并保存。
最后，將每個(gè)天線的主要性能都用Python繪制出來(lái)，方便查看。
也可以將同類的數(shù)據(jù)都繪制在一起，更方便對(duì)比。當(dāng)然，這個(gè)比較靈活，根據(jù)需要修改代碼即可。
最后做個(gè)總結(jié)，以前CST軟件的二次開(kāi)發(fā)多以VBA語(yǔ)言為主，近年來(lái)，細(xì)心的讀者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)我們開(kāi)放了很多Python的接口，因?yàn)镻ython的開(kāi)源性、可擴(kuò)展性以及可讀性使得它更容易被電磁工程師接受和上手。
在本例中，我們展示了利用Python批處理CST的仿真工程，并抓取我們所關(guān)心的結(jié)果。當(dāng)我們需要進(jìn)行大量的重復(fù)性仿真時(shí)，我們可以嘗試編寫一段python腳本幫助我們，正所謂磨刀不誤砍柴工嘛。
