CST軟件發(fā)展歷程 - 完備的技術(shù)

來(lái)源：CST仿真專(zhuān)家之路更新時(shí)間：2024-06-26 閱讀：

CST軟件經(jīng)過(guò)近三十年的發(fā)展形成了自己獨(dú)特技術(shù)路線(xiàn)，相較于市面上其他的產(chǎn)品最大的特征就是完備的技術(shù)（Complete technology）。本期我們借由對(duì)CST歷史的介紹，逐漸展開(kāi)對(duì)CST軟件的各個(gè)算法的特點(diǎn)介紹。

CST工作室套裝本身就超過(guò)20個(gè)求解器，能解決從直流、低頻到高頻，光學(xué)，多物理場(chǎng)，PCB，線(xiàn)纜等各個(gè)領(lǐng)域的問(wèn)題。針對(duì)不同的領(lǐng)域，不同的仿真任務(wù)都有最適合的求解器，如下圖：

下面我們簡(jiǎn)單回顧一下CST發(fā)展的歷史，了解軟件發(fā)展的各個(gè)階段，各個(gè)求解器和算法是如何開(kāi)發(fā)，收購(gòu)，整合，最終成為如今達(dá)索SIMULIA電磁解決方案。

CST發(fā)展里程碑（Milestones）

1992 CST公司成立

稍微了解CST軟件歷史的同學(xué)應(yīng)該知道，CST是創(chuàng)立于1992年達(dá)姆施塔特的德國(guó)公司。成立之初是為了商業(yè)化(MAFIA)，而MAFIA正是Solving Maxwellsequations using the Finite Integration Algorithm的縮寫(xiě)。MAFIA是一個(gè)通用的三維電磁場(chǎng)求解器，適用于從靜態(tài)到太赫茲的整個(gè)頻率范圍。它還包括基于相同數(shù)值方法的聲學(xué)、電動(dòng)力學(xué)、熱學(xué)、等多物理求解模塊。就是今天我們說(shuō)的有限積分技術(shù)（FIT），可以認(rèn)為是我們今天日常使用的時(shí)域算法的原型。

基于FIT這一算法，CST微波工作室這款產(chǎn)品被開(kāi)發(fā)出來(lái)。在當(dāng)時(shí)，這一產(chǎn)品采用最先進(jìn)的3D建模技術(shù)，方便了結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建和設(shè)置，能幫助天線(xiàn)射頻工程師快速簡(jiǎn)單高效的利用數(shù)值計(jì)算完成他們的設(shè)計(jì)工作。

1998年 PBA發(fā)布

CST獨(dú)家的PBA技術(shù)研發(fā)成功是非常重要的里程碑，PBA（Perfect Boundary approximation ）的共形網(wǎng)格技術(shù)能極大的提升時(shí)域求解器計(jì)算精度和網(wǎng)格效率，使得CST軟件在整個(gè)全球電磁數(shù)值軟件的市場(chǎng)發(fā)展速度上一騎絕塵，市場(chǎng)占有率的增長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)整個(gè)市場(chǎng)的發(fā)展速度。值得注意的是，由于出發(fā)方程不同，F(xiàn)IT和FDTD就不是一個(gè)算法。

CST的PBA技術(shù)包括隨后發(fā)布的TST薄片技術(shù)，使得CST在一個(gè)網(wǎng)格內(nèi)能處理多種材料，經(jīng)過(guò)二十多年的不斷技術(shù)進(jìn)步和迭代，PBA網(wǎng)格已經(jīng)是第N代產(chǎn)品(N>5)，相比初代產(chǎn)品，模型的通用性和精度性能都已經(jīng)不可同日而語(yǔ)。

2005年完備的技術(shù)

跨入2000年后，各家電磁仿真軟件的公司都拿著自家主流的算法，開(kāi)啟了諸侯混戰(zhàn)的局勢(shì)。對(duì)于CST的技術(shù)路線(xiàn)而言，就是本文開(kāi)頭提到的海納百川，對(duì)于微波工作室部分而言，對(duì)各個(gè)主流算法都進(jìn)行了自研開(kāi)發(fā)，逐步形成了完整的布局，如下圖所示：

對(duì)于三維仿真而言，這些主流的計(jì)算電磁算法都囊括在內(nèi)，比如FIT，TLM,FEM,IE,SBR等，以期讓用戶(hù)在合適的情景下選擇最合適的求解器。

對(duì)于不同的仿真問(wèn)題，會(huì)涉及不同的電尺寸，模型復(fù)雜度，諧振，頻率帶寬，支持的材料，所擁有的硬件條件等等，而這些都會(huì)影響仿真效率，都對(duì)應(yīng)不同的最優(yōu)求解器的選擇。CST正因?yàn)槠渫陚涞募夹g(shù)，提供了市面上所有主流的數(shù)值方法的解決方案。

對(duì)于CST軟件比較熟悉的同學(xué)應(yīng)該知道，CST軟件的界面下，可以切換各個(gè)求解器，并且不同的求解器進(jìn)行了很好的融合，很多時(shí)候只要對(duì)模型理解正確可以達(dá)到一鍵切換，相互驗(yàn)證的效果。下期，我們會(huì)就CST最重要的時(shí)域求解器（FIT）和頻域求解器（FEM）進(jìn)行驗(yàn)證的對(duì)比方法給出詳細(xì)的說(shuō)明。

在2007年那段時(shí)間，CST先后收購(gòu)了多家公司，以完善其完備技術(shù)的策略目標(biāo)。CST收購(gòu)了SimLab的主要股份。SimLab技術(shù)在PCB和線(xiàn)束上的SI / PI EMC / EMI分析方面享有盛譽(yù)，這一部分成為了當(dāng)時(shí)的PCB工作室以及線(xiàn)纜工作室的基礎(chǔ)?；趯?duì)這些技術(shù)的持續(xù)開(kāi)發(fā)，CST能在做2D和2.5D的PCB的信號(hào)電源完整性評(píng)估上有完整的解決方案。

CST獲得了包括LINMIC電路模擬器的源代碼在內(nèi)的所有權(quán)利。3D EM /電路協(xié)同仿真變得越來(lái)越重要。擁有自己的電路仿真器為高效的仿真設(shè)置開(kāi)辟了新的前景。CST微波工作室和設(shè)計(jì)工作室的融合到如今成了電磁仿真非常重要的工作流程。CST不僅能做常規(guī)的場(chǎng)路協(xié)同，并把路仿真后的結(jié)果重新合成到場(chǎng)仿真中。更是由于獨(dú)有的瞬態(tài)仿真特性能完成真.瞬態(tài)場(chǎng)路協(xié)同仿真。

在那年，CST還收購(gòu)了Flomerics的EM業(yè)務(wù):主要是Microstripes和Flo/EMC。這兩個(gè)工具都使用了傳輸線(xiàn)矩陣法（TLM），這也是另一種非常有特色的時(shí)域方法。在整合入CST后得到了進(jìn)一步的發(fā)展，在最新的2020版本，TLM求解器也加入了最先進(jìn)的PBA技術(shù)，加之本身的八叉樹(shù)網(wǎng)格特色，將會(huì)極大的提升他在CST工作室套裝中的出場(chǎng)頻率。

2010年系統(tǒng)裝配建模SAM

在集合了一系列求解器和模塊的收購(gòu)，加上出色的HPC（高性能計(jì)算能力）CST以及具備了解決用合適的求解器解決單個(gè)問(wèn)題的能力，但是有的應(yīng)用場(chǎng)景單用一種求解器還是不能非常高效的求解，混合求解是一種更進(jìn)一步拓展的解決當(dāng)下電磁仿真問(wèn)題的方案。詳見(jiàn)之前的文章仿真實(shí)例009：汽車(chē)天線(xiàn)仿真（雙向混合求解），以及操作視頻【培訓(xùn)視頻】Part 2-1 雙向混合求解。