CST Studio Suite
3D-Software für elektromagnetische Simulation
Für die Entwicklung, Analyse und Optimierung elektromagnetischer Komponenten und Systeme.
Was ist CST Studio Suite?
CST Studio Suite ist eine leistungsstarke Software für 3D-elektromagnetische Simulation. Es bietet die Werkzeuge, Funktionen und Solver für die Konstruktion, Analyse und Optimierung elektromagnetischer Komponenten und Systeme über das gesamte elektromagnetische Spektrum hinweg.
Sie wird häufig für die Entwicklung in verschiedenen Anwendungsbereichen eingesetzt, wie z. B. Antennen, Filter, Koppler, Steckverbinder, Kabel, Sensoren, biomedizinische Geräte, Elektromotoren, Magnete und PCBs. Sie ermöglicht Ingenieuren und Forschern, Geräte mithilfe branchenerprobter Solver und fortschrittlicher Nachbearbeitungswerkzeuge zu charakterisieren und zu optimieren.
Wo kommt die CST Studio Suite zum Einsatz?
Automobil & Transport
Fortschrittliche Simulationen sind in der Automobilindustrie weit verbreitet. Studien zur Antennenentwicklung und zur Optimierung der Antennenplatzierung sind notwendig, um die Leistung von Radaren, Navigationssystemen und Kommunikationsantennen zu maximieren. ADAS (fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme) erfordern fortschrittliche Sensorsysteme zur Erfassung großer Datenmengen, die mit hohen Datenraten übertragen werden, was die Durchführung von Signalintegritäts- und Übersprechstudien erforderlich macht. Elektromotoren müssen optimiert werden, um die Reichweite mit einer einzigen Ladung zu maximieren. Und drahtlose Autoladegeräte verwenden typischerweise Litzendrähte für hohe Effizienz, die einfach eingerichtet und simuliert werden können.
High-Tech
Die Integration und Miniaturisierung hochkomplexer Geräte verschiebt die Grenzen in der Industrie. Hochleistungsfähige Verarbeitungseinheiten sind erforderlich, um den ständig steigenden Datenraten gerecht zu werden. Eine Signalintegritätsanalyse wird durchgeführt, um sicherzustellen, dass die Daten am Empfangsschaltkreis korrekt interpretiert werden. Um sicherzustellen, dass alle Schaltkreise ordnungsgemäß funktionieren und gemäß ihren Anforderungen mit Strom versorgt werden, werden Power-Integrity-Simulationen durchgeführt. Um die Batterielebensdauer zu maximieren, ist es wichtig, die Antenneneffizienz zu maximieren und sicherzustellen, dass Antennenleistung und -platzierung optimiert sind.
Bei diesen hochintegrierten Geräten ist die EMV (elektromagnetische Verträglichkeit) extrem wichtig, um sicherzustellen, dass die Geräte keine Störungen erzeugen und nicht durch elektromagnetische Störungen beeinträchtigt werden, die in ihrer Umgebung zu erwarten sind. All diese Einflussfaktoren können mit elektromagnetischen CST-Solvern simuliert werden. Diese dicht bestückten Hochleistungsgeräte leiden jedoch auch unter thermischen Managementproblemen, da die Schaltkreise viel Wärme erzeugen. CST bietet auch thermische Solver, die für Studien zur elektronischen Kühlung verwendet werden können.
Luft- und Raumfahrt und Verteidigung
Identifizieren Sie Blitzeinschlagspunkte mittels elektrostatischer Analyse und modellieren Sie die Stromverteilung über Verbund-/Metallstrukturen mithilfe von Zeitbereichs-Solvern. Die thermische Kopplung zeigt Materialdegradationsrisiken durch extreme Joulesche Erwärmung auf. Es ist auch möglich, indirekte Blitzeffekte zu untersuchen, indem ermittelt wird, wie viel Strom in den Kabelbäumen induziert wird. Mithilfe des Kabelsolvers können Kabelbäume hinsichtlich Leitungsimpedanz, Kabelverlust und Übersprechen analysiert werden. Studien zur Antennenplatzierung werden durchgeführt, um sicherzustellen, dass die Flugzeugstruktur die Antennenleistung nicht unter bestimmte Schwellenwerte herabsetzt und dass sich verschiedene Antennen nicht gegenseitig stören.
„CST erwies sich in all diesen Aspekten als unser Favorit, und mit der exzellenten Unterstützung durch die Mitarbeiter von TECHNIA fühlten wir uns sicher, den Lizenzkauf fortzusetzen und direkt mit der Arbeit zu beginnen.“
Europäisches Elektroluftfahrtunternehmen
Biowissenschaften
Aufgrund der begrenzten Möglichkeiten, Messungen im menschlichen Körper durchzuführen, sind Simulationen entscheidend für das Verständnis der Feldausbreitung im Menschen. CST enthält Modelle des menschlichen Körpers, die es Forschern ermöglichen, zu analysieren, wie elektromagnetische Felder mit dem menschlichen Körper interagieren. Simulationen können verwendet werden, um Bildgebungs- und Behandlungssysteme zu untersuchen und potenzielle Gesundheitsrisiken durch EM-Feldexposition zu erforschen.
Die umfassende Technologie der CST Studio Suite eignet sich hervorragend für die Analyse hochkomplexer biowissenschaftlicher Geräte, von kleinen Geräten, die im und am menschlichen Körper platziert werden, wie Wearables, Hörgeräte und Herzschrittmacher. Es ist auch möglich, Simulationen von beispielsweise MRT-Systemen (Magnetresonanztomographie) durchzuführen, bei denen supraleitende Magnete starke Magnetfelder erzeugen, die mit Hochfrequenzfeldern interagieren, wobei der menschliche Körper im Mittelpunkt des Systems steht.
Warum die CST Studio Suite verwenden?
Der Wert von Simulationen liegt in einem tieferen Verständnis Ihres Produkts. Sie können verschiedene Designoptionen bewerten, bevor Sie Ihren ersten physischen Prototyp gebaut haben. Dies ermöglicht es Ihnen, Grenzen zu überschreiten, Innovationen voranzutreiben und Risiken sowie Kosten zu mindern.
Führen Sie „Was-wäre-wenn“-Analysen durch, um Ihr Produkt und den Spielraum der Anforderungen zu verstehen, bevor Sie den ersten Prototyp erhalten. Mit der CST Studio Suite können Sie visualisieren, wie sich die elektromagnetischen Felder in 3D ausbreiten, sodass Sie sehen können, was sonst unsichtbar wäre. Wenn Sie Ihr Produkt, seine Stärken und Schwächen kennen, wissen Sie, worauf Sie Ihre Energie konzentrieren müssen, um sicherzustellen, dass das Produkt Ihre Anforderungen und Ihren Zeitplan erfüllt.
Effiziente Arbeitsabläufe und Zusammenarbeit innerhalb des F&E-Teams in Kombination mit optimierter Produktleistung reduzieren Kosten und Markteinführungszeit. Importieren Sie parametrisierte Modelle und spiegeln Sie Designänderungen sofort in Ihrem Simulationsmodell wider, indem Sie eine bidirektionale Verbindung zwischen CAD und Simulation herstellen. Die Minimierung der Anzahl realer Prototypen-Iterationen spart Kosten in der Fertigung, Verifizierung und in den Entwicklungsteams.
Die Simulation hilft Ihnen, neue Ideen zu untersuchen und Optionen zu erkunden, ohne einen Prototyp herzustellen. Nutzen Sie die Simulation, um die Wahrscheinlichkeit zu verringern, Fehler und suboptimale Komponenten erst spät zu entdecken. Statten Sie Ihre Teams mit wertvollen Daten aus, die die Lücke zwischen Experiment und Lernen schließen.
Nutzen Sie das Potenzial von Forschung und Entwicklung optimal, indem Sie während der gesamten Produktentwicklung kollaborative Simulationen einsetzen. Mit der Simulation können Sie Ihr Design bewerten, sobald Ihr Modell fertiggestellt ist. Simulationen sind auch ein wichtiges Werkzeug zur Fehlerbehebung, mit dem Sie Produktänderungen schnell bewerten können.
Einer der anspruchsvollsten Aspekte von Simulationen ist es, ausreichend genaue Ergebnisse in kürzester Zeit zu erzielen. Die CST Studio Suite bietet mehrere Full-Wave-Solver sowohl im Zeit- als auch im Frequenzbereich sowie zahlreiche spezialisierte Solver.
Einige Solver erzielen einen erheblichen Beschleunigungsfaktor bei der Verwendung von GPU-Computing. Es gibt auch die Möglichkeit, einen hybriden Ansatz zu verwenden, bei dem zwei Full-Wave-Solver gekoppelt werden, um die Simulation zu beschleunigen. CST bietet auch die Möglichkeit, elektromagnetische Solver mit thermischen Solver zu koppeln, was einen Austausch von Leistungsverlusten und Temperaturen zwischen den Solver ermöglicht und Multiphysik-Workflows bereitstellt.
Die CST Studio Suite bietet die Möglichkeit, 3D-Simulationen mit Schaltungssimulationen zu koppeln, um die Feldausbreitung eines Subsystems korrekt zu berechnen und zu visualisieren. Dies ermöglicht es Ihnen beispielsweise, eine Antenne mithilfe diskreter Elemente anzupassen oder die parasitären Effekte Ihrer Leiterplatte zu berücksichtigen, während die Transistoren eines 3-Phasen-Wechselrichters, die mithilfe von SPICE-Modellen beschrieben werden, mit PWM-Signalen geschaltet werden.
Python und Visual Basic Application können zur Steuerung der CST Studio Suite verwendet werden. Python-Skripte können innerhalb der CST Studio Suite ausgeführt werden, um beispielsweise den Modellierungsprozess zu automatisieren oder zu unterstützen, oder ein externer Python-Interpreter/eine externe Konsole kann verwendet werden, um die CST Studio Suite zu steuern oder Ergebnisse zu extrahieren, um Python für die Nachbearbeitung zu nutzen.
Was können Sie mit der CST Studio Suite tun?
Die CST Studio Suite bietet eine umfassende Suite von Funktionen und Möglichkeiten, um den gesamten Produktlebenszyklus zu unterstützen, vom Konzept bis zum Verbraucher.
Antennendesign und -optimierung
Entwickeln und optimieren Sie Antennen, von elektrisch großen Arrays und Reflektorantennen bis hin zu Miniaturantennen, die auf dicht bestückten PCBs gedruckt sind. Berücksichtigen Sie die Plattform, das Gehäuse und das Radom, um die installierte Antennenleistung des drahtlosen Systems genau zu berechnen.
EMV (elektromagnetische Verträglichkeit)
Kombinieren Sie 3D- und Schaltungssimulationen, um das Verhalten Ihrer Subsysteme zu analysieren. Mit CST können sowohl leitungsgebundene als auch abgestrahlte Phänomene untersucht werden. Dies hilft, potenzielle EMV-Probleme frühzeitig im Designprozess zu identifizieren und zu mindern.
Leiterplattenanalyse und -design
Entwickeln und bewerten Sie Leiterplatten mit optimierten Workflows für die Power- und Signalintegritätsanalyse. CST importiert Board-Dateien von allen gängigen EDA-Tools zusätzlich zu IBIS-Modellen.
Filter und HF-Komponenten
Bietet Werkzeuge und Solver zur Synthese von Filtern und zur Analyse hochresonanter Strukturen wie Filter und Multiplexer. Koppler, Zirkulatoren, Steckverbinder und Kabel können ebenfalls mit der CST Studio Suite optimiert werden.
Photonik
Analysieren Sie die Feldausbreitung in photonischen Geräten wie Gitterkopplern, Ringresonatoren, Taper, Wellenleitern und Splittern, um Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsgeräte, Sensoren oder LIDAR-Systeme zu entwickeln.
Bioelektromagnetik
Die Bioelektromagnetik konzentriert sich auf die Wechselwirkung elektromagnetischer Felder mit dem menschlichen Körper. CST enthält Modelle des menschlichen Körpers, Phantome und Makros für die Simulation biomedizinischer und Hightech-Anwendungen, wie Implantate, Wearables, mobile Geräte oder medizinische Bildgebung.
Blitzeinschlag
In einigen Branchen sind Blitzeinschlagsimulationen entscheidend. CST enthält einen elektrostatischen Solver, der zur Ermittlung von Blitzeinschlagzonen verwendet werden kann.
Magnet- und Spulendesign
CST wird häufig für das Magnetdesign eingesetzt, z. B. in elektrischen Maschinen, MRT, NMR, Teilchenbeschleunigern sowie für die Analyse magnetischer Abschirmungen. Simulieren Sie Permanentmagnete, Widerstandsmagnete und supraleitende Magnete mit gekoppelten EM-/Thermo-/Spannungs-Solvern.
Elektrische Maschinen
Modellieren Sie elektromagnetische Felder für verschiedene Maschinentypen genau, einschließlich axialer und radialer Fluss-Topologien sowie linearer Bewegungsvorrichtungen. Simulationen umfassen Effekte von Eisen- und Kupferverlusten, Wirbel- und Verschiebungsströmen, Hysterese und Entmagnetisierung.
Hochspannungsgeräte
Simulieren Sie traditionelle Leistungselektronikkomponenten wie Transformatoren, Stromschienen und Isolatoren sowie beispielsweise Hochspannungsleitungen, drahtlose Ladegeräte und Spulen unter Verwendung von Litzdrahttechnologien.
Sensoren
Entwickeln Sie kapazitive, induktive und magnetische Sensoren für Anwendungen wie Touchscreens, Geräte für die zerstörungsfreie Prüfung und Näherungssensoren.
Dynamik geladener Teilchen
CST kann auch für die Entwicklung einer Vielzahl von Anwendungen mit geladenen Teilchen eingesetzt werden, von Beschleunigergeräten, TWT (Wanderfeldröhren), Magnetrons und Ionentriebwerken.
So wählen Sie Ihre Software für elektromagnetische Simulation
Berücksichtigen Sie bei der Planung Ihres Kaufs und der Implementierung Faktoren wie die Fähigkeiten der Software zur Bewältigung Ihrer spezifischen Simulationsanforderungen, ihre Kompatibilität mit Ihren bestehenden Tools und Systemen, die Intuitivität der Benutzeroberfläche sowie die Verfügbarkeit von Lernressourcen, technischem Support und einer aktiven Benutzergemeinschaft.
CST Studio Suite kaufen
Möchten Sie Lizenzen für CST Studio Suite erwerben? Wünschen Sie eine Demo, um zu verstehen, was CST Studio Suite leisten kann? Oder benötigen Sie ein Gespräch mit einem Experten, bevor Sie Ihre Entscheidung treffen können?
CST Studio Suite ist in verschiedenen Ausführungen erhältlich. Wir stehen Ihnen zur Seite, um sicherzustellen, dass Sie das am besten geeignete Softwarepaket für Ihr Team erhalten.
Sprechen Sie uns an
Unser Simulationsteam steht Ihnen mit fundiertem Wissen über das gesamte SIMULIA-Portfolio zur Verfügung, um maßgeschneiderte Beratung und Unterstützung zu bieten. Kontaktieren Sie noch heute einen Experten.
CST Studio Suite FAQs
Troubleshooting und Support
Suchen Sie Hilfe zur CST Studio Suite?
Ein Zeitbereichssolver berechnet die Entwicklung von Feldern im Laufe der Zeit an diskreten Orten und zu diskreten Zeitpunkten. Er ermittelt das gesamte Breitbandfrequenzverhalten des simulierten Geräts aus einer einzigen Berechnung.
Ein Frequenzbereichssolver geht von einer zeitlich harmonischen Abhängigkeit der Felder und der Anregung aus. Jede Frequenzprobe erfordert das Aufstellen und Lösen eines neuen Gleichungssystems; somit ist die Beziehung zwischen Berechnungszeit und Frequenzproben linear. Daher ist der Frequenzbereichssolver in der Regel am schnellsten, wenn nur eine kleine Anzahl von Frequenzproben berechnet werden muss.
Die Leistung des Zeitbereichssolvers verschlechtert sich bei stark resonierenden Strukturen oder wenn das Gerät bei sehr niedrigen Frequenzen arbeitet. In solchen Fällen kann der Frequenzbereichssolver schneller sein, insbesondere wenn nur wenige Frequenzproben ausreichen, um das Verhalten der Struktur zu charakterisieren. Andererseits steigt die Simulationszeit des Frequenzbereichssolvers mit zunehmender Anzahl von Netzzellen schneller an als die Simulationszeit des Zeitbereichssolvers, was den Zeitbereichssolver für elektrisch größere Probleme besser geeignet macht.
Bevor die elektromagnetischen Berechnungen durchgeführt werden können, muss das Simulationsmodell in eine vom Solver nutzbare Darstellung übersetzt werden. Das Simulationsvolumen wird diskretisiert, in kleine Teile unterteilt – Netzelemente oder Netzzellen, auf denen die Maxwell-Gleichungen gelöst werden sollen. Diese Raumdiskretisierung ist der Netzaufbau. Das Netz muss detailliert genug sein, um die Geometrie des Simulationsmodells korrekt darzustellen. Es muss jedoch auch detailliert genug sein, um die elektromagnetischen Feldvariationen im Simulationsmodell korrekt abzubilden.
Die Verwendung von mehr Netzelementen erhöht sowohl die Rechenzeit als auch den Speicherverbrauch. Bei einer Zeitbereichssimulation mit einem hexaedrischen Netz steigt der Speicherverbrauch typischerweise linear mit der Anzahl der Netzzellen. Bei einer Frequenzbereichssimulation mit einem tetraedrischen Netz steigt der Speicherverbrauch typischerweise quadratisch mit der Anzahl der Netzzellen.
Die Herausforderung besteht darin, in kürzester Zeit Simulationsergebnisse zu erzielen, die für Ihre Anwendung ausreichend genau sind, ohne den Arbeitsspeicher Ihres Computers zu überschreiten.
Finden Sie die Antworten auf weitere FAQs zur CST Studio Suite.
Klicken Sie im Navigationsbaum mit der rechten Maustaste auf den Ordner „materials“ und dann auf „neues Material“. Geben Sie die elektromagnetischen Eigenschaften des Materials an, z. B. Permittivität, Permeabilität und Leitfähigkeit. Es ist auch möglich, komplexere Materialien zu definieren, um z. B. anisotrope, dispersive und nichtlineare Materialeigenschaften entweder direkt in CST oder durch Importieren externer Dateien zu berücksichtigen.
Für EM-thermisch-mechanische Simulationen müssen auch thermische und mechanische Eigenschaften angegeben werden, einschließlich z. B. Wärmeleitfähigkeit, Wärmeausdehnungskoeffizient, Elastizitätsmodul und Poissonzahl.
Finden Sie die Antworten auf weitere FAQs zur CST Studio Suite.
Ja, zusätzlich zu den in CST integrierten Modellierungswerkzeugen ist es möglich, zahlreiche CAD-Dateiformate zu importieren, darunter STEP, IGES, DXF und Gerber. CST bietet auch Importmöglichkeiten aus allen wichtigen mechanischen und elektrischen CAD-Werkzeugen.
Finden Sie die Antworten auf weitere FAQs zur CST Studio Suite.
2D- und 3D-Simulationsergebnisse, wie z. B. die elektromagnetische Feldverteilung oder das Fernfeld-Strahlungsmuster, enthalten eine große Datenmenge, und der Benutzer muss vor dem Ausführen der Simulation festlegen, welche Ergebnisse auf der Festplatte gespeichert werden sollen.
Diese werden mithilfe von Feldmonitoren eingerichtet, die sich auf der Registerkarte „Simulation“ im Menüband befinden. Es ist möglich, Frequenz- sowie Zeitmonitore festzulegen. Die Ergebnisse befinden sich am Ende der ‚Navigationsstruktur‘, wenn die Simulation abgeschlossen ist.
Auf der Registerkarte „Nachbearbeitung“ im Menüband befinden sich Ergebnisvorlagen, die zahlreiche vordefinierte Möglichkeiten für 2D- und 3D-Feldergebnisse sowie Fernfeld- und Antenneneigenschaften bieten.
Finden Sie die Antworten auf weitere FAQs zur CST Studio Suite.
Ja, CST beinhaltet einen parametrischen Optimierer. Geben Sie zunächst an, welche Parameter (deren Bereiche) vom Optimierer geändert werden können, und geben Sie dann an, welche Ziele der Optimierer erreichen soll. Es können sowohl Standardergebnisse als auch benutzerdefinierte Nachbearbeitungsergebnisse verwendet werden. Es ist auch möglich, CST mit Tosca zu koppeln, um eine nicht-parametrische Optimierung in CST durchzuführen.
Die unterstützten CST-Solver sind:
- Frequenzbereichssolver (schnelles Modell reduzierter Ordnung)
- Eigenmoden-Solver (allgemein, verlustbehaftet)
- LF-Zeitbereichssolver (2D magneto-quasistatisch)
Für die Durchführung der nicht-parametrischen Optimierung sind sowohl CST- als auch Tosca-Lizenzen erforderlich.
Finden Sie die Antworten auf weitere FAQs zur CST Studio Suite.
Ja, die CST Studio Suite umfasst Multiphysik-Funktionen. Elektromagnetische Verluste führen zu erhöhten Temperaturen. Erhöhte Temperaturen können mechanische Verformungen verursachen, die die Leistung des Geräts beeinträchtigen.
Multiphysik-Workflows sind wichtig für die Elektronikkühlung, Leiterplattenverformungen, Filterverstimmung und die Bio-Erwärmung des Menschen.
Sowohl uni- als auch bidirektionale EM-thermische Kopplungen werden unterstützt.
Im unidirektionalen Fall löst der EM-Solver zunächst die elektromagnetischen Felder und die daraus resultierenden thermischen Verluste. Der thermische Solver importiert diese Verluste dann als Wärmequellen und führt eine thermische Analyse durch, um das Temperaturfeld im Berechnungsbereich zu erhalten.
Die Verwendung einer bidirektionalen Kopplung ermöglicht es dem thermischen Solver nicht nur, die vom EM-Solver erhaltenen thermischen Verluste zu importieren, sondern auch dem EM-Solver, das vom thermischen Solver berechnete Temperaturfeld zu importieren. Die bidirektionale Kopplung findet Anwendung bei Problemen, die Materialien betreffen, deren EM-Eigenschaften temperaturabhängig sind.
Finden Sie die Antworten auf weitere FAQs zur CST Studio Suite.
Grundsätzlich wird beim Start eines neuen Simulationsprojekts in der CST Studio Suite empfohlen, ein neues Projekt mithilfe der Projektvorlagen zu erstellen.
Mithilfe der Vorlagen definiert der Benutzer, welche Anwendung simuliert werden soll, z. B. Mikrowellen & HF/Optik. Es gibt einen Unterabschnitt für periodische Strukturen wie Metamaterialien oder FSS (frequenzselektive Oberflächen).
Mithilfe der Projektvorlagen schlägt CST vor, welchen Solver und welche Randbedingungen zu verwenden sind, sowie die Netzeinstellungen.
Alle Einstellungen können vom Benutzer während des gesamten Simulationsprojekts bearbeitet werden, aber diese Ersteinstellungen bieten einen hervorragenden Ausgangspunkt.
Finden Sie die Antworten auf weitere FAQs zur CST Studio Suite.
Bei der Verwendung von Hohlleiter-Ports im Simulationsprojekt gibt es eine Solver-Einstellung namens „Nur Portknoten berechnen“.
Wenn diese aktiviert ist, werden nur die Portmoden berechnet, wodurch die Simulation schnell ausgeführt wird.
Die Ergebnisse finden Sie im ‚Navigationsbaum‘, entweder in 1D-Ergebnisse/Portinformationen/Leitungsimpedanz oder in 2D/3D-Ergebnisse/Portmoden/Port1/e1.
Wenn die vollständige Simulation ausgeführt wird, ist es auch möglich, TDR (Time Domain Reflectometry) zu verwenden, um die Impedanz im Zeitverlauf zu analysieren.
Hier finden Sie die Antworten auf weitere FAQs zur CST Studio Suite.
Ja, Ableitungen von S-Parametern können bezüglich geometrischer und Materialparameter berechnet werden.
Die Sensitivitätsanalyse kann z. B. für die Ausbeuteanalyse, Verschiebungsempfindlichkeit und eine effizientere Optimierung eingesetzt werden.
Sie wird über das Kontrollkästchen „Sensitivitätsanalyse verwenden“ im Solver-Setup aktiviert.