CST Studio Suite
Oprogramowanie do symulacji elektromagnetycznej 3D
Do projektowania, analizy i optymalizacji komponentów i systemów elektromagnetycznych.
Czym jest pakiet CST Studio Suite?
CST Studio Suite to wysokowydajne oprogramowanie do trójwymiarowej symulacji elektromagnetycznej. Oferuje narzędzia, funkcje i rozwiązania do projektowania, analizy i optymalizacji komponentów i systemów elektromagnetycznych w całym spektrum elektromagnetycznym.
Jest ono powszechnie wykorzystywane do opracowywania rozwiązań w różnych obszarach zastosowań, takich jak anteny, filtry, sprzęgacze, złącza, kable, czujniki, urządzenia biomedyczne, silniki elektryczne, magnesy i płytki PCB. Umożliwia inżynierom i badaczom charakteryzowanie i optymalizację urządzeń przy użyciu sprawdzonych w branży solverów i zaawansowanych narzędzi do obróbki wyników.
Najpopularniejsze zastosowania pakietu CST Studio Suite
Przemysł motoryzacyjny
Zaawansowane symulacje są szeroko stosowane w przemyśle motoryzacyjnym. Badania nad projektowaniem i optymalizacją rozmieszczenia anten są niezbędne, aby zmaksymalizować wydajność radarów, systemów nawigacji i anten wykorzystywanych do komunikacji. Systemy ADAS (zaawansowane systemy wspomagania kierowcy) wymagają zaawansowanych systemów czujników do gromadzenia ogromnych ilości danych, które są przesyłane z dużą szybkością, co wymaga przeprowadzenia badań integralności sygnału i zakłóceń. Silniki elektryczne muszą być zoptymalizowane, aby zmaksymalizować zasięg na jednym ładowaniu. Bezprzewodowe ładowarki samochodowe zazwyczaj wykorzystują przewody Litz o wysokiej wydajności, które można łatwo skonfigurować i zasymulować.
Zaawansowana technologia
Integracja i miniaturyzacja wysoce złożonych urządzeń przesuwa granice w branży. Potrzebne są wysokowydajne jednostki przetwarzające, aby poradzić sobie ze stale rosnącą szybkością transmisji danych. Analiza integralności sygnału jest wykonywana w celu zapewnienia, że dane są prawidłowo interpretowane w obwodzie odbiorczym. Aby upewnić się, że wszystkie obwody działają prawidłowo i są zasilane zgodnie z ich wymaganiami, przeprowadzane są symulacje integralności zasilania. Aby zmaksymalizować żywotność baterii, ważne jest zwiększenie wydajności anteny, upewniając się, że żywotność i rozmieszczenie anteny są zoptymalizowane.
W tych wysoce zintegrowanych urządzeniach kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) jest niezwykle ważna, aby zapewnić, że urządzenia nie generują zakłóceń i że nie mają na nie wpływu zakłócenia elektromagnetyczne, których można się spodziewać w ich otoczeniu. Wszystkie te istotne czynniki można symulować za pomocą solverów elektromagnetycznych CST. Jednak te gęsto rozmieszczone wysokowydajne urządzenia napotykają na problemy z zarządzaniem temperaturą. Przyczyną tego stanu są obwody wytwarzające zbyt dużo ciepła. Na szczęście CST oferuje solvery termiczne, które można wykorzystać do analizy chłodzenia elektroniki.
Przemysł lotniczy i obronny
Zidentyfikuj punkty uderzenia pioruna za pomocą analizy elektrostatycznej i modeluj rozpraszanie prądu w strukturach kompozytowych/metalowych przy użyciu solverów w dziedzinie czasu. Sprzężenie termiczne ujawnia ryzyko degradacji materiału w wyniku ekstremalnego generowania ciepła Joule’a. Możliwe jest również zbadanie pośredniego efektu wyładowania atmosferycznego pod względem wartości prądu indukowanego w wiązkach przewodów. Korzystając z solvera do obliczeń przewodów, wiązki kablowe można analizować pod kątem oporności linii, strat w kablu i przesłuchów. Badania rozmieszczenia anten są przeprowadzane w celu upewnienia się, że konstrukcja samolotu nie pogorszy wydajności anteny poniżej określonych progów i że różne anteny nie będą się wzajemnie zakłócać.
"CST okazał się naszym faworytem we wszystkich tych aspektach, a dzięki doskonałemu wsparciu zapewnianemu przez ekspertów z TECHNIA, czuliśmy się pewni, że możemy kontynuować zakup licencji i od razu zabrać się do pracy.
European Electric Aerospace Company
Branża life science
Ze względu na ograniczone możliwości wykonywania pomiarów wewnątrz ludzkiego ciała, symulacje mają kluczowe znaczenie dla zrozumienia propagacji pola elektromagnetycznego w ciele człowieka. CST zawiera modele ludzkiego ciała, pozwalając badaczom na analizę interakcji pól elektromagnetycznych z ludzkim ciałem. Symulacje mogą być wykorzystywane do badania systemów obrazowania, leczenia oraz do analizy potencjalnych zagrożeń dla zdrowia wynikających z ekspozycji na pole elektromagnetyczne.
Kompletna technologia CST Studio Suite doskonale nadaje się do analizy wysoce złożonego sprzętu z dziedziny nauk przyrodniczych, począwszy od małych urządzeń umieszczanych wewnątrz i na ludzkim ciele, takich jak słuchawki, smartwatche, telefony, aparaty słuchowe, rozruszniki serca i wiele innych. Możliwe jest również przeprowadzanie symulacji, systemów MRI (obrazowania rezonansu magnetycznego), w których magnesy nadprzewodzące generują silne pola magnetyczne, które oddziałują z polami o wysokiej częstotliwości, z ludzkim ciałem w środku układu.
Dlaczego warto korzystać z pakietu CST Studio Suite?
Wartością symulacji jest głębsze zrozumienie Twojego produktu. Możesz ocenić różne opcje projektowe przed zbudowaniem pierwszego fizycznego prototypu. Pozwala to przekraczać granice, wprowadzać innowacje oraz ograniczać ryzyko i koszty.
Przeprowadź analizę „co jeśli”, aby zrozumieć swój produkt i zakres wymagań przed otrzymaniem pierwszego prototypu. Dzięki pakietowi CST Studio Suite można wizualizować rozkład pól elektromagnetycznych, co pozwala zobaczyć to, co w innym przypadku byłoby niewidoczne. Kiedy znasz swój produkt, jego mocne i słabe strony, wiesz, gdzie skupić swoją energię, aby upewnić się, że produkt spełnia Twoje wymagania i plan realizacji.
Wydajne procesy i współpraca w ramach zespołu badawczo-rozwojowego w połączeniu ze zoptymalizowaną wydajnością produktu zmniejszają koszty i skracają czas wprowadzenia produktu na rynek. Importuj sparametryzowane modele i natychmiast odzwierciedlaj zmiany projektowe w modelu symulacyjnym poprzez stworzenie dwukierunkowego połączenia między CAD i symulacją. Zminimalizuj liczby iteracji prototypów w świecie rzeczywistym oszczędzając koszty w zespołach produkcyjnych, weryfikacyjnych i rozwojowych.
Symulacja pomaga badać nowe pomysły i opcje bez konieczności produkcji prototypu. Symulacja pozwala zmniejszyć prawdopodobieństwo późnego wykrycia błędów i nieoptymalnych komponentów. Wyposaż swoje zespoły w cenne dane, które wypełnią lukę między eksperymentowaniem a uczeniem się.
Wykorzystaj w pełni badania i rozwój, wdrażając współpracujące symulacje w całym procesie rozwoju produktu. Symulacja umożliwia ocenę projektu zaraz po ukończeniu modelu. Symulacje działają również jako ważne narzędzie rozwiązywania problemów, pozwalając na szybką ocenę zmian w produkcie.
Jednym z najtrudniejszych aspektów symulacji jest uzyskanie wystarczająco dokładnych wyników w możliwie najkrótszym czasie. Pakiet CST Studio Suite zawiera kilka pełnofalowych solverów zarówno w dziedzinie czasu, jak i częstotliwości, a także wiele wyspecjalizowanych solverów.
Niektóre solvery odnotowują znaczne przyspieszenie przy wykorzystaniu obliczeń na GPU. Istnieją również możliwości zastosowania podejścia hybrydowego, w którym dwa pełnofalowe solvery są ze sobą sprzężone w celu przyspieszenia symulacji. CST oferuje możliwość połączenia solverów elektromagnetycznych z solverami termicznymi, umożliwiając wymianę strat mocy i temperatur między solverami, zapewniając wielofizyczne procesy projektowe.
CST Studio Suite oferuje możliwość połączenia symulacji 3D z symulacjami obwodów w celu prawidłowego obliczenia i wizualizacji propagacji pola w podsystemie. Pozwala to na dopasowanie anteny za pomocą elementów bryłowych lub uwzględnienie efektów pasożytniczych płytki drukowanej, podczas gdy tranzystory 3-fazowego falownika, opisane za pomocą modeli SPICE, są przełączane za pomocą sygnałów PWM.
Python może być używany do sterowania pakietem CST Studio Suite. Skrypty Python można uruchamiać wewnątrz pakietu CST Studio Suite, w celu zautomatyzacji lub wsparcia procesu modelowania, a także wykorzystania zewnętrznego interpretera/konsoli Python do sterowania pakietem CST Studio Suite lub użycia skryptu Pythona do obróbki wyników.
Co można zrobić za pomocą pakietu CST Studio Suite?
CST Studio Suite oferuje kompleksowy zestaw funkcji i możliwości wspierających cały cykl życia produktu, od koncepcji po finalny produkt.
Projektowanie i optymalizacja anten
Zaprojektuj i zoptymalizuj anteny, od elektrycznie dużych macierzy antenowych i anten reflektorowych po miniaturowe anteny drukowane na gęsto zapełnionych płytkach drukowanych. Uwzględnij platformę, obudowę i osłonę, aby dokładnie obliczyć wydajność zainstalowanej anteny systemu bezprzewodowego.
EMC (kompatybilność elektromagnetyczna)
Połączenie symulacji 3D i symulacji obwodu w celu analizy zachowania podsystemów. Za pomocą CST można badać zarówno zjawiska przewodnictwa, jak i radiacyjne. Pomaga to zidentyfikować i złagodzić potencjalne problemy EMC na wczesnym etapie procesu projektowania.
Analiza i projektowanie PCB
Projektuj i ewaluuj płytki obwodów drukowanych ze zoptymalizowanymi procesami do analizy integralności zasilania i sygnału. CST oprócz modeli IBIS, importuje pliki płytek ze wszystkich głównych narzędzi EDA.
Filtry i komponenty RF
Zapewnia narzędzia i solvery do syntezy filtrów i analizy wysoce rezonansowych struktur, takich jak filtry i multipleksery. Sprzęgacze, cyrkulatory, złącza i kable mogą być również optymalizowane za pomocą pakietu CST Studio Suite.
Fotonika
Analiza propagacji pola w urządzeniach fotonicznych, takich jak sprzęgacze kratowe, rezonatory pierścieniowe, zwężki, falowody i rozgałęźniki w celu opracowania szybkich urządzeń komunikacyjnych, czujników lub systemów LIDAR.
Bioelektromagnetyka
Bioelektromagnetyka koncentruje się na interakcji pól elektromagnetycznych z ludzkim ciałem. CST obejmuje modele ludzkiego ciała, fantomy i makra do symulacji zastosowań biomedycznych i zaawansowanych technologicznie, takich jak implanty, urządzenia takie jak słuchawki, smartwatche, urządzenia mobilne lub obrazowanie medyczne.
Uderzenie pioruna
W niektórych branżach symulacje uderzeń piorunów mają kluczowe znaczenie. CST zawiera solver elektrostatyczny, który może być wykorzystany do znalezienia stref uderzenia pioruna.
Projektowanie obwodów magnetycznych
CST jest szeroko stosowane do projektowania obwodów magnetycznych, na przykład w maszynach elektrycznych, MRI (rezonansu magnetycznego), NMR (spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego), akceleratorach cząstek, a także do analizy ekranowania magnetycznego. Symuluje magnesy trwałe, magnesy rezystancyjne i magnesy nadprzewodzące za pomocą sprzężonych solverów EM/termicznych/naprężeniowych.
Maszyny elektryczne
Dokładne modelowanie pól elektromagnetycznych dla różnych typów maszyn, w tym topologii strumienia osiowego i promieniowego, a także urządzeń o ruchu liniowym. Symulacje obejmują wpływ strat żelaza i miedzi, prądów wirowych i prądów przesunięcia dielektrycznego, histerezy i demagnetyzacji.
Urządzenia wysokiego napięcia
Symulacja tradycyjnych komponentów energoelektronicznych, takich jak transformatory, szyny zbiorcze i izolatory, a także linii przesyłowych wysokiej mocy, ładowarek bezprzewodowych i cewek wykorzystujących drut typu Litz.
Czujniki
Projektowanie czujników pojemnościowych, indukcyjnych i magnetycznych do zastosowań obejmujących ekrany dotykowe, sprzęt do badań nieniszczących i czujniki zbliżeniowe.
Dynamika naładowanych cząstek
CST może być również wykorzystywane do projektowania szerokiego zakresu zastosowań cząstek naładowanych, począwszy od akceleratorów, TWT (rur z falą wędrującą), magnetronów i silników jonowych.
Jak wybrać oprogramowanie do symulacji elektromagnetycznych?
Planując zakup i wdrożenie, należy wziąć pod uwagę takie czynniki, jak możliwości oprogramowania w zakresie obsługi konkretnych potrzeb symulacyjnych, jego kompatybilność z istniejącymi narzędziami i systemami, intuicyjność interfejsu użytkownika oraz dostępność zasobów edukacyjnych, wsparcia technicznego i aktywnej społeczności użytkowników.
Jak kupić CST Studio Suite
Chcesz zakupić licencje CST Studio Suite? Chcesz zobaczyć demonstrację, aby zrozumieć, co CST Studio Suite może zrobić? A może potrzebujesz porozmawiać z ekspertem, zanim podejmiesz decyzję?
CST Studio Suite występuje w różnych formach i rozmiarach. Jesteśmy tu, aby upewnić się, że otrzymujesz odpowiedni pakiet oprogramowania dla swojego zespołu.
Porozmawiajmy
Nasz zespół ds. symulacji jest do Twojej dyspozycji, aby zapewnić dostosowane do potrzeb wskazówki i wsparcie dzięki dogłębnej znajomości pełnego portfolio SIMULIA. Skontaktuj się z ekspertem już dziś.
Najczęściej zadawane pytania dotyczące CST Studio Suite
Rozwiązywanie problemów i wsparcie
Szukasz pomocy z CST Studio Suite?
Solver domeny czasowej oblicza rozwój pól w czasie w dyskretnych lokalizacjach i w dyskretnych próbkach czasowych. Uzyskuje całe szerokopasmowe zachowanie częstotliwościowe symulowanego urządzenia z pojedynczego obliczenia.
Solver domeny częstotliwości zakłada czasowo-harmoniczną zależność pól i wzbudzenia. Każda próbka częstotliwości wymaga utworzenia i rozwiązania nowego układu równań; zatem zależność między czasem obliczeniowym a próbkami częstotliwości jest liniowa. Dlatego solver domeny częstotliwości jest zwykle najszybszy, gdy trzeba obliczyć tylko niewielką liczbę próbek częstotliwości.
Wydajność solvera domeny czasowej pogarsza się w przypadku struktur silnie rezonansowych lub gdy urządzenie pracuje przy bardzo niskich częstotliwościach. W takich przypadkach solver domeny częstotliwości może być szybszy, szczególnie jeśli do scharakteryzowania zachowania struktury wystarczy tylko kilka próbek częstotliwości. Z drugiej strony, czas symulacji solvera domeny częstotliwości wzrasta szybciej wraz ze wzrostem liczby komórek siatki niż czas symulacji solvera domeny czasowej, co sprawia, że solver domeny czasowej jest bardziej odpowiedni dla problemów elektrycznie większych.
W przypadku korzystania z portów falowodowych w projekcie symulacyjnym dostępna jest opcja solvera 'Calculates port modes only’ (oblicz tylko mody portów).
Po jej aktywacji solver wyznacza wyłącznie mody portów, co znacznie skraca czas obliczeń.
Uzyskane wyniki można odnaleźć w drzewie projektu (Navigation Tree) – impedancja linii dostępna jest w sekcji 1D Results / Port Information, natomiast rozkład pól znajduje się w 2D/3D Results / Port Modes.
W przypadku pełnej symulacji 3D można również wykorzystać analizę TDR (reflektometrię w dziedzinie czasu) do wyznaczenia profilu impedancji w funkcji czasu.
Znajdź odpowiedzi na więcej pytań FAQ dotyczących CST Studio Suite.
Zanim będzie można przeprowadzić obliczenia elektromagnetyczne, model symulacyjny musi zostać przetłumaczony na reprezentację, którą solver może wykorzystać. Objętość symulacji jest dyskretyzowana, podzielona na małe części – elementy siatki lub komórki siatki, na których mają być rozwiązywane równania Maxwella. Ta dyskretyzacja przestrzeni to konfiguracja siatki. Siatka musi być wystarczająco szczegółowa, aby poprawnie reprezentować geometrię modelu symulacyjnego. Jednakże siatka musi być również wystarczająco szczegółowa, aby poprawnie reprezentować zmiany pola elektromagnetycznego w modelu symulacyjnym.
Używanie większej liczby elementów siatki zwiększa czas obliczeń, jak również zużycie pamięci. W symulacji w dziedzinie czasu z siatką sześcienną, zazwyczaj zużycie pamięci wzrasta liniowo wraz z liczbą komórek siatki. W przypadku symulacji w dziedzinie częstotliwości z siatką czworościenną, zazwyczaj zużycie pamięci wzrasta kwadratowo wraz z liczbą komórek siatki.
Wyzwaniem jest osiągnięcie wyników symulacji, które są wystarczająco dokładne dla danej aplikacji, bez przekraczania ilości pamięci RAM w komputerze, w jak najkrótszym czasie.
Znajdź odpowiedzi na więcej pytań FAQ dotyczących CST Studio Suite.
W Drzewie Nawigacji kliknij prawym przyciskiem myszy folder 'materiały’, a następnie kliknij 'nowy materiał’. Określ właściwości elektromagnetyczne materiału, takie jak przenikalność elektryczna, przenikalność magnetyczna i przewodność. Możliwe jest również zdefiniowanie bardziej złożonych materiałów, aby uwzględnić np. anizotropowe, dyspersyjne i nieliniowe właściwości materiałów, bezpośrednio w CST lub poprzez importowanie zewnętrznych plików.
W przypadku symulacji elektromagnetyczno-termiczno-mechanicznych należy również określić właściwości termiczne i mechaniczne, w tym np. przewodność cieplną, współczynnik rozszerzalności cieplnej, moduł Younga i współczynnik Poissona.
Znajdź odpowiedzi na więcej pytań FAQ dotyczących CST Studio Suite.
Tak, oprócz wbudowanych narzędzi do modelowania CST, możliwy jest import licznych formatów plików CAD, w tym STEP, IGES, DXF i Gerber. CST oferuje również możliwości importu ze wszystkich głównych narzędzi CAD mechanicznych i elektrycznych.
Znajdź odpowiedzi na więcej pytań FAQ dotyczących CST Studio Suite.
Wyniki symulacji 2D i 3D, takie jak rozkład pola elektromagnetycznego lub charakterystyka promieniowania w strefie dalekiej, zawierają dużo danych, dlatego użytkownik musi określić, które wyniki powinny zostać zapisane na dysku twardym przed uruchomieniem symulacji.
Konfiguruje się je za pomocą monitorów pola, znajdujących się w zakładce 'simulation’ na pasku wstążki. Można określić zarówno monitory częstotliwości, jak i czasu. Wyniki znajdują się na dole 'drzewa nawigacji’ po zakończeniu symulacji.
W zakładce 'post-processing’ na pasku wstążki znajdują się szablony wyników, które oferują wiele predefiniowanych możliwości dla wyników pól 2D i 3D, a także właściwości pola dalekiego i anteny.
Znajdź odpowiedzi na więcej pytań FAQ dotyczących CST Studio Suite.
Tak, CST zawiera optymalizator parametryczny. Najpierw należy określić, które parametry (ich zakresy) mogą być zmieniane przez optymalizator, a następnie określić, jakie cele optymalizator ma osiągnąć. Można wykorzystać zarówno standardowe wyniki, jak i niestandardowe wyniki przetwarzania końcowego. Możliwe jest również połączenie CST z Tosca w celu uruchomienia optymalizacji nieparametrycznej w CST.
Obsługiwane solvery CST to:
- Solver dziedziny częstotliwości (szybki, model o zredukowanym rzędzie)
- Solver trybów własnych (ogólny, ze stratami)
- Solver dziedziny czasu LF (2D magneto-quasistatyczny)
Podczas uruchamiania optymalizacji nieparametrycznej wymagane są licencje zarówno CST, jak i Tosca.
Znajdź odpowiedzi na więcej pytań FAQ dotyczących CST Studio Suite.
Tak, CST Studio Suite zawiera funkcje multifizyczne. Straty elektromagnetyczne prowadzą do wzrostu temperatury. Podwyższone temperatury mogą powodować odkształcenia mechaniczne, które negatywnie wpływają na działanie urządzenia.
Przepływy pracy multifizyczne są istotne w przypadku chłodzenia elektroniki, odkształceń PCB, rozstrojenia filtrów i bio-ogrzewania ludzkiego ciała.
Obsługiwane jest zarówno jedno-, jak i dwukierunkowe sprzężenie elektromagnetyczno-termiczne.
W przypadku jednokierunkowym solver elektromagnetyczny najpierw rozwiązuje pola elektromagnetyczne i wynikające z nich straty cieplne. Następnie solver termiczny importuje te straty jako źródła ciepła i przeprowadza analizę termiczną w celu uzyskania pola temperaturowego w domenie obliczeniowej.
Zastosowanie sprzężenia dwukierunkowego nie tylko umożliwia solverowi termicznemu import strat cieplnych uzyskanych z solvera elektromagnetycznego, ale także pozwala solverowi elektromagnetycznemu na import pola temperaturowego obliczonego przez solver termiczny. Sprzężenie dwukierunkowe znajduje zastosowanie w problemach związanych z materiałami, których właściwości elektromagnetyczne są zależne od temperatury.
Znajdź odpowiedzi na więcej pytań FAQ dotyczących CST Studio Suite.
Ogólnie rzecz biorąc, rozpoczynając nowy projekt symulacyjny w CST Studio Suite, zaleca się utworzenie nowego projektu przy użyciu szablonów projektowych.
Korzystając z szablonów, użytkownik określa, jaka aplikacja będzie symulowana, np. mikrofale i RF/optyka. Istnieje podsekcja dla struktur periodycznych, takich jak metamateriały lub FSS (powierzchnie selektywne częstotliwościowo).
Korzystając z szablonów projektowych, CST zasugeruje, który solver i jakie warunki brzegowe zastosować, a także ustawienia siatki.
Wszystkie ustawienia mogą być edytowane przez użytkownika w trakcie projektu symulacyjnego, ale te początkowe ustawienia stanowią doskonały punkt wyjścia.
Znajdź odpowiedzi na więcej pytań FAQ dotyczących CST Studio Suite.
Tak, można obliczać pochodne parametrów S względem parametrów geometrycznych i materiałowych.
Analiza wrażliwości może być wykorzystana np. do analizy wydajności, wrażliwości na przemieszczenia i bardziej efektywnej optymalizacji.
Aktywuje się ją zaznaczając pole wyboru 'użyj analizy wrażliwości’ w ustawieniach solvera.