Cst微波工作室

1、CstCst微波工作室微波工作室Computer Simulation Technology第一章第一章 概概 述述CST微波工作室是專用于微波無源器件及天線設(shè)計與分析的軟件包。其強大的實體建模前端基于著名的ACIS建模內(nèi)核，結(jié)構(gòu)輸入過程非常簡便。在所有的器件建模完成后，會自動進行一個基于專家系統(tǒng)的全自動網(wǎng)格剖分，然后開始仿真。本軟件內(nèi)含四種不同的求解器：瞬態(tài)求解器、頻域求解器、本征模求解器、模式分析求解器。 CST的一個突出特點是結(jié)構(gòu)建模器的全參量化。它使您在定義器件時可以使用變量。通過與優(yōu)化器和參量掃描器工具相結(jié)合，CST微波工作室能夠勝任所有電磁器件的設(shè)計與分析。該軟件的應(yīng)用方向：用來快

2、速有效地設(shè)計和分析以下器件：天線、濾波器、傳輸線、耦合器、連接器（單芯和多芯）、印刷電路版、諧振器等等。該軟件的計算原理：基于一種通用的三維算法 有限積分法，即將整個計算區(qū)域離散化的一種算法。第二章第二章 快快 速速 演演 練練主要內(nèi)容：1.啟動軟件 2.用戶界面概覽3.創(chuàng)建并觀察一些簡單結(jié)構(gòu)4.建模并仿真一個窄帶濾波器5.模型的參量分析和結(jié)構(gòu)的自動優(yōu)化啟啟 動動 軟軟 件件啟動CST微波工作室后 ，在“Welcome”對話框中點擊OK按鈕，創(chuàng)建一個新項目。則顯示左面的窗口：在此您可選擇一個預(yù)先定義好的模版，也可以添加新的模版。這里，我們選擇，并點擊OK按鈕。用用 戶戶 界界 面面 概概 覽覽

3、上圖為CST微波工作室主窗口界面，主要部分為：導(dǎo)航樹（Navigation Tree）是用戶界面的核心。您可通過它來訪問結(jié)構(gòu)單元及仿真結(jié)果。右鍵菜單（Context Menu）提供了一種訪問與當(dāng)前內(nèi)容相關(guān)的常用命令的便捷方式。其內(nèi)容是動態(tài)改變的。繪圖平面（Drawing Plane）是用戶繪制模型結(jié)構(gòu)的平面。以方塊的建立為例：創(chuàng)建第一個“方塊”1.首先，點擊工具欄圖標(biāo)“方塊”圖標(biāo)，這時系統(tǒng)會要求你在繪圖平面定出方塊的第一個點。2.雙擊繪圖平面的任意一點，便可確定第一點，或在點擊圖標(biāo)后按Tab鍵，會彈出一個對話框，要求你輸入相應(yīng)的坐標(biāo)值，從而精確地定出第一個點的位置。3.再次雙擊繪圖平面，確定方

4、塊的對角點。 4.確定方塊的高度。將鼠標(biāo)移到適當(dāng)位置并雙擊，會彈出一個對話框，顯示你建立圖形的位置坐標(biāo)的所有值，點擊 OK按鈕，完成。 創(chuàng)創(chuàng) 建建 并并 觀觀 察察 一一 些些 簡簡 單單 的的 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 在三個定點都被點定后，系統(tǒng)會彈出一個參數(shù)對話框，你可在對話框中對各個參數(shù)重新定義,如下圖所示：常用基本圖形，其建立的方法與方塊相似，如下圖所示：選擇預(yù)先定義的圖形、用組件來將圖形分選擇預(yù)先定義的圖形、用組件來將圖形分組和制定材料特性組和制定材料特性1.在導(dǎo)航樹中會對你所建立的圖形自動編目歸類。你可以對其的歸類和命名自定義，以便你以后方便選用。2.使用+雙擊圖形即可對其進行多重選取，也可以使

5、用鍵進行某個范圍的選取。3.為了達到更好的視覺效果，我們可以對圖形的材料進行定義。CST引入了一個材料庫，你可以進行相應(yīng)的操作從材料庫里的材料名添加到Materials文件夾中。改變視角改變視角 CST提供了四種改變圖形的功能：平移（Translate）、縮放（Scale）、旋轉(zhuǎn)（Rotate）、鏡像（Mirror），如下圖所 示：使用布爾操作來合并圖形使用布爾操作來合并圖形 創(chuàng)建復(fù)雜圖形最有力的操作或許就是通過布爾操作來對簡單圖形進行合并。布爾操作允許您將兩個物體相加、用一個物體減去另一個物體、用一個物體插入另一個物體及取兩個物體的交集。 下圖是通過兩個圖形球體和方塊來演示布爾操作 圖一：A

6、DD 圖二：Subtract圖三：Intersect 圖四：Trim 圖五：Insert選取模型的點、邊、面選取模型的點、邊、面 許多建模步驟都需要從模型中選取點、邊或 面，本節(jié)將展示交互式的選取過程，取其操作可在工具欄里直接點擊，如圖:倒直角和倒圓角倒直角和倒圓角 在有些建模工程共需要對特定的邊進行一些處理，比如挖直角槽或是把其圓滑，這時就需要進行倒直角和倒圓角操作，其變換過程如圖所示： 可在工具欄中選擇相應(yīng)的圖標(biāo)執(zhí)行此操作： 倒直角： 倒圓角：拉伸、旋轉(zhuǎn)和拉伸、旋轉(zhuǎn)和漸變漸變 在建模過程中經(jīng)常遇 到面的扭轉(zhuǎn)情況，下面我來 就來看看 CST所提供對所選面的 一些常用操作：局部坐標(biāo)系（局部坐標(biāo)

7、系（WCS） CST微波工作室除了使用全局坐標(biāo)系外還使用了局部坐標(biāo)系，這樣即使的建模在不規(guī)則的情況下變得更容易。 1.定義局部坐標(biāo)系的最常用的方法是：先選取模型中的點、邊或面，然后將WCS與之對齊。 2.其他方法：直接定義局部坐標(biāo)系參數(shù)； 移動局部坐標(biāo)系； 旋轉(zhuǎn)局部坐標(biāo)系； 一般情況下，上述兩種方法結(jié)合使用效率最快。歷史紀(jì)錄歷史紀(jì)錄 在建模過程當(dāng)中，出錯時在所難免的，這時我們可以執(zhí)Edit UNdo命令來更正，但它只會取消最后一次操作。然而有時還需要返回先前的步驟以便執(zhí)行一些更改、刪除或插入操作。在CST微波工作室中，采用歷史紀(jì)錄（History List）來實現(xiàn)這些功能。 歷史紀(jì)錄是按時間順

8、序羅列了以前的所有操作，標(biāo)記 指示了當(dāng)前的建模步驟。選取相應(yīng)的行后點擊Restore按鈕可回復(fù)到任何一步，進行相應(yīng)的操作。歷史樹 在很多情況下，我們只需更改一些基本圖形或變換的參數(shù)，這時使用歷史樹將會更方便。在歷史樹中點擊你要更改參數(shù)的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)會彈出一個對話框，你可直接對其參數(shù)進行更改而不需要返回。創(chuàng)建曲線創(chuàng)建曲線 基于曲線可以常見另一個復(fù)雜圖形。有些復(fù)雜的圖形你可以通過其在平面上的投影曲線來構(gòu)造。如：創(chuàng)建平面導(dǎo)線創(chuàng)建平面導(dǎo)線 一些結(jié)構(gòu)（如印刷電路版）包含很多導(dǎo)線，使得建模時花費很多的時間。為簡化此操作，特別增加了一個平面導(dǎo)線工具，可以利用曲線來創(chuàng)建有限寬度和厚度的導(dǎo)線。 其創(chuàng)建過程： 繪制

9、一條連續(xù)費封閉的曲線 點擊Trace From Curve 在彈出的對話框中指定要建導(dǎo)線的寬度和厚度建模并仿真一個窄波濾波器建模并仿真一個窄波濾波器 這里我來做一個建模仿真的實例，來看一下具體的操作方法。 我們先來看一下窄波濾波器的幾何結(jié)構(gòu)：模型尺寸：其俯視面尺寸為：結(jié)構(gòu)原理： 整個機構(gòu)包括兩個諧振腔，每個矩形腔體中有一根理想電導(dǎo)體圓柱。兩者通過一個矩形膜片耦合。兩個同軸電纜內(nèi)導(dǎo)體將能量耦合給器件。幾何建模：1.選擇模板 每當(dāng)您啟動CST微波工作室并選擇創(chuàng)建新項目時，都會要求您選擇一個最適合您欲仿真器件的模板。此處我們選擇“Resonator”。 此模板自動將單位設(shè)置為mm和GHz，將背景材料

10、設(shè)置為理想電導(dǎo)體。如圖：2.設(shè)置工作平面 正確設(shè)置了單位之后（此處由模板完成），通常還需要設(shè)定一個相對于您的器件來說足夠大的工作平面。因本結(jié)構(gòu)在坐標(biāo)軸方向的最大延伸為200mm，故工作平面的大小應(yīng)該設(shè)定為300mm或更大。從主菜單中選擇Edit Working Plane Properties，彈出一根對話框，更改設(shè)定：3.創(chuàng)建濾波器外殼 因背景材料已被設(shè)置為PEC，故您只需構(gòu)建濾波器的內(nèi)部，建好的結(jié)構(gòu)會自動嵌入的哦理想電導(dǎo)體內(nèi)。 點擊工具欄圖標(biāo) ，激活方塊創(chuàng)建工具。此時系統(tǒng)會提示您輸入第一點，按鍵，打開如下對話框，外殼的尺寸為100*200，為了讓結(jié)構(gòu)與原點對稱，輸入坐標(biāo)值：根據(jù)以前講的建模

11、步驟及模型尺寸建造下圖：4.創(chuàng)建圓柱諧振腔 同3步驟相同，分別輸入下列參數(shù)可得第一個圓柱諧振器如圖所示： 再用同樣的方法創(chuàng)建另外一個圓柱，得下圖：4.創(chuàng)建腔體間的膜片 有兩種方法可創(chuàng)建膜片，但是直接輸入尺寸數(shù)據(jù)法對圖形的變化不夠靈敏，為了保證膜片始終會橫穿真?zhèn)€濾波器，采用選點法來創(chuàng)建。其過程為： 先點擊 后，在點擊 ，雙擊下圖所示的第一邊選取第一點，再雙擊途中的第二邊選定第二點，此時系統(tǒng)會提示你輸入方塊寬度，按，設(shè)置Width為2。再按，設(shè)置Height為105。并設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)如下圖所示：5.創(chuàng)建同軸耦合頭 點擊 后，激活選面工具 并雙擊頂面，此面將會高亮。在選取工作坐標(biāo) ，將工作坐標(biāo)與被選

12、面對齊。因為同軸耦合器的中心位于濾波器頂蓋下方17.9mm處，故為了更加方便地定義耦合頭，我們將工作坐標(biāo)與濾波器的頂蓋對齊。激活圓柱工具 ，依次輸入?yún)⒘浚褐行淖鴺?biāo)（0，17.9），Radius=10，Height=15，Name為：coaxial substrate。 因尚無適合介質(zhì)的材料被定義，故您還需要定義介質(zhì)材料。同上的過程，最后得圖形為： 到此，我們的建模部分已經(jīng)完成， 下面我們來設(shè)置求解器并計算S參 量。設(shè)置求解器并計算S參量1.定義端口 請打開信道端口對話框 ，定義端口1：由于這里已經(jīng)選中一個面，所以系統(tǒng)已動定義了端口的位置和大小，點擊OK即可。 選擇模式在此端口中應(yīng)該被考慮的個數(shù)

13、。對同軸器件，我們通常使用單模傳輸，所以這里接受缺省設(shè)置。 用同樣的步驟來定義第二個端口，最后得圖形如下：2.定義邊界條件和對稱面 在求解之前，都應(yīng)該先檢查一下邊界條件和對稱面。最簡便的方法是激活 ，進去邊界定義模式。此時當(dāng)前的邊界條件可以在注視途中形象地觀察到。 此處所有的邊界條件都被設(shè)置為electric,即意味著整個結(jié)構(gòu)被嵌入進一個理想電導(dǎo)體塊里。因為結(jié)構(gòu)關(guān)于YZ面對稱，且同軸電纜的磁場垂直于此平面，故可使用對稱面，以減少一半的仿真時間。 上述步驟設(shè)定完成后，模型結(jié)構(gòu)顯示如下：3.定義頻率范圍 點擊工具欄里的 ，輸入范圍后點擊OK按鈕，即可。本列的頻率范圍為0.580.62。4.定義求解

14、參數(shù)并開始計算 這里我們選擇模式分析求解器來計算S參量。激活工具中的 ，打開本征模求解器控制對話框： 這里需要制定的最重要的設(shè)置就是需要計算的模式個數(shù)。這里指定20個。 還要制定本征求解器的最大迭代次數(shù)。因為要直接由20個模式得出高精度的結(jié)果，實在是有些勉為其難，故清在Iterations欄里出入5，適當(dāng)增加迭代次數(shù)。再將Calculate modal Coefficients選項打鉤，選擇用模式來計算S參量。確認無誤后點擊Start按鈕，開始求解。 求解完成后會彈出一個對話框，顯示出前20個模式的諧振頻率： 一個模式精度如果優(yōu)于（1e-3），就可認為足夠精確的了，可見求解除的模式，精度都非常

15、低高。點擊OK按鈕，關(guān)閉對話框。還可以查看一下求解記錄文件。選擇Results View Logfiles Solver Logfile，查看求解記錄文件，如下圖：為以后的計算優(yōu)化性能 如果您進行參數(shù)分析，有必要提高單次計算的速度，以 應(yīng)對下面的多次掃描計算。 性能調(diào)節(jié)的步驟非常簡單：本征模求解器先要推測您欲求最高模式的本征頻率，前面的計算結(jié)果已經(jīng)計算出并寫入記錄文件中的結(jié)構(gòu)自動定出此頻率： 再次點擊 ，點擊彈出的對話框中的Specials按鈕，以打開高級設(shè)置對話框： 在Guess欄里輸入3.501，點擊ok按鈕后，再點擊Start按鈕，重新啟動本征模求解器。計算完成后再查看記錄文件如下：跟上次的計算花費時間可知，速度提高了3倍。結(jié)果1D結(jié)果：2D和3D結(jié)果：Mode N的場圖：精 度 分 析 本征模計算和模式分析的數(shù)值誤差主要兩個： 1.優(yōu)本征模求解器迭代導(dǎo)入的數(shù)值誤差。 2.有限的網(wǎng)格分辨率造成的誤差。 所以，現(xiàn)在我們來討論怎樣控制這些誤差以及怎得到高精度的結(jié)果。本征模求解器的數(shù)值精度 推測并填入最高本征模式的頻率，或是增加本征模求解器的迭代次數(shù)，都能提高結(jié)果的精度。網(wǎng)格分辨率對本征模精度的影響 有限的網(wǎng)格分辨率造成的誤差通常很難消除，要保證解的精度，唯一的方法是提高網(wǎng)格分辨率并重新計算本征模。 本列中，我們使用的是由專家系統(tǒng)自動產(chǎn)的