基於CST軟體的專用仿真平臺的開發

1 前言

高頻計算電磁學是一個蓬勃發展的學科。專家們都在積極探尋最快最有效的求解方法。CST一直致力於為廣大用戶提供具有強大求解功能的商用軟體。同時兼顧用戶的其他需求，如：簡單的數據輸入、與CAD/EDA之間的導入導出和智能化的後處理，並提供開放的接口方便用戶在CST基礎上開發特定功能的仿真模塊。這些二次開發的仿真模塊，可以更好地完成用戶的需求，大大提高了電磁工程師的工作效率。

2 CST概述及實例介紹

A．CST概述

CST工作室套裝由微波工作室、電磁工作室、粒子工作室和設計工作室四部分組成。其基本算法是時域有限積分技術，同時引人了理想邊界擬合技術和薄片技術，在保持傳統的時域有限差分算法的計算速度的基礎上大大提高了計算精度。

CST工作室套裝TM的一個顯著優點是基於需求的網格（MeshonDemandTM）策略與基於需求的求解（MethodonDemandTM）功能相結合，不同領域的用戶可以根據需要選擇合適網格和求解器對不同的問題進行高效率求解。其旗艦產品微波工作室®是專門用於高頻段電磁場分析和設計的軟體包，微波工作室含有四大類八個子求解器，分別是時域有限積分求解器（FITD）、頻域有限積分求解器(FIFD)、頻域有限元求解器(FEM)、矩量法求解器(MoM)、多層快速多極子求解器(MLFMM)、本徵模求解器(Eigenmode)、模式降階求解器(MOR)和模式分析求解器(ModalAnalysis)，其應用領域包括：天線、濾波器、耦合器、連接器、平面和多層結構、RCS、EMC/EMI等。電磁工作室™由靜電求解器、靜磁求解器、穩恆電流求解器、低頻頻域求解器和穩態熱求解器五個求解器組成，主要應用於：傳感器、驅動裝置、變壓器、測試儀器、電磁屏蔽和歐姆熱損耗分析等。

本文中提出的三種仿真平臺主要是在微波工作室和電磁工作室的基礎上開發的，其中賦形波束平板縫隙陣天線設計平臺和FastRCS模塊都是以CST微波工作室為基礎，在VS.NET環境中利用C++開發的專用仿真平臺，電磁場與電磁波電化教學庫以微波工作室和電磁工作室™為基礎，利用CST自帶的VBA開發環境開發完成。

B.賦形波束平板縫隙陣天線設計平臺

賦形波束平板縫隙陣天線設計平臺（SPSAD）是同濟大學現代集成電磁仿真研發中心（MIEMS）和航天科工集團某研究所合作開發的項目，用於自動設計雙饋對稱賦形波束平板縫隙陣天線，可以考慮方頭和圓頭縫以及機械加工圓倒角等工程細節。SPSAD是用C++開發的基於CST微波工作室的縫隙陣天線優化設計軟體，是一種自上而下，自設計指標向天線結構進行的自動化設計平臺。其基本設計流程是根據給定的設計指標採用有限元法對天線陣進行優化計算，獲得陣面和饋電縫的最優設置，並自動調用CST微波工作室對耦合縫、移相網絡和饋電網絡進行全波優化，最終在CST微波工作室中全自動生成完整的天線結構模型，並進行仿真驗證，最終輸出機械加工圖。

賦形波束平板縫隙陣天線設計平臺界面友好，中英文菜單提示。SPSAD設計平臺的啟動界面如圖1所示，點擊「陣面主參數」旁的「設置」按鈕，即可打開圖2所示CSTSPSAD陣面主參數對話框，可以在該對話框中輸入天線陣的頻率、波導的基本尺寸、陣面排列等陣面主參數，設置完成後，點擊「確定」即可調用相應的模塊對面陣進行初始設計。

圖1SPSAD設計平臺的啟動界面

圖2CSTSPSAD陣面主參數對話框

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