CST Studio Suite - oprogramowanie do symulacji elektromagnetycznych
Do projektowania, analizy i optymalizacji komponentów i systemów elektromagnetycznych.
Czym jest pakiet CST Studio Suite?
CST Studio Suite to wysokowydajne oprogramowanie do symulacji elektromagnetycznych. Zapewnia narzędzia, funkcje i solvery 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 symulację opartą na współpracy podczas opracowywania produktu. Symulacja umożliwia ocenę projektu natychmiast po ukończeniu modelu. Symulacje działają również jako ważne narzędzie do rozwiązywania problemów, umożliwiając 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
Chcą Państwo zakupić licencje CST Studio Suite? Chcą Państwo zobaczyć demo, aby zrozumieć możliwości CST Studio Suite? A może potrzebują Państwo porozmawiać z ekspertem przed podjęciem decyzji?
CST Studio Suite mają różne kształty i rozmiary. Jesteśmy tutaj, aby upewnić się, że otrzymują Państwo 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?
A time domain solver calculates the development of fields through time at discrete locations and at discrete time samples. It obtains the entire broadband frequency behavior of the simulated device from a single calculation.
A frequency domain solver assumes a time-harmonic dependence of the fields and the excitation. Each frequency sample requires a new equation system to be set up and solved; thus, the relationship between calculation time and frequency samples is linear. Therefore, the frequency domain solver usually is fastest when only a small number of frequency samples need to be calculated.
The performance of the time domain solver degrades for strongly resonant structures or if the device operates at very low frequencies. In such cases, the frequency domain solver may be faster, especially if just a few frequency samples are sufficient to characterize the structure’s behavior. On the other hand, the simulation time of the frequency domain solver increases more rapidly with an increase in the number of mesh cells than the simulation time of the time domain solver, which makes the time domain solver more suitable for electrically larger problems.
Before the electromagnetic calculations can be performed, the simulation model needs to be translated into a representation that the solver can use. The simulation volume is discretized, subdivided into small parts – mesh elements or mesh cells on which Maxwell’s equations are to be solved. This space discretization is the mesh setup. The mesh needs to be detailed enough to correctly represent the geometry of the simulation model. However, the mesh also needs to be detailed enough to correctly represent the electromagnetic field variations in the simulation model.
Using more mesh elements increases the computational time as well as the memory usage. In a time domain simulation with a hexahedral mesh, typically, the memory usage increases linearly with the number of mesh cells. For a frequency domain simulation with a tetrahedral mesh, typically, the memory usage increases quadratically with the number of mesh cells.
The challenge is to achieve simulation results that are accurate enough for your application without exceeding the amount of RAM in your computer in the shortest amount of time.
In the Navigation Tree, right-click the 'materials’ folder, then click 'new material.’ Specify the electromagnetic properties of the material, such as permittivity, permeability, and conductivity. It’s also possible to define more complex materials to account for, e.g., anisotropic, dispersive, and non-linear material properties either directly in CST or by importing external files.
For EM-thermal-mechanical simulations, thermal and mechanical properties also need to be specified, including, e.g., thermal conductivity, thermal expansion coefficient, Young’s modulus, and Poisson’s ratio.
Yes, in addition to CST’s built-in modeling tools, it’s possible to import numerous CAD file formats, including STEP, IGES, DXF, and Gerber. CST also offers import possibilities from all major mechanical and electrical CAD tools.
2D and 3D simulation results, such as the electromagnetic field distribution or far-field radiation pattern, contain a lot of data, and the user needs to specify which results should be stored to the hard drive before the simulation is run.
These are set up using field monitors, found in the 'simulation’ tab in the ribbon bar. It’s possible to specify frequency as well as time monitors. The results are found at the bottom of the 'navigation tree’ when the simulation is completed.
In the 'post-processing’ tab in the ribbon bar, there are result templates that have plenty of predefined possibilities for 2D and 3D field results, as well as far-field and antenna properties.
Yes, CST includes a parametric optimizer. First specify which parameters (their ranges) can be changed by the optimizer, then specify which goal(s) the optimizer should achieve. Both standard results and custom post-processing results can be used. It’s also possible to couple CST with Tosca to run a non-parametric optimization in CST.
The supported CST solvers are:
- Frequency domain solver (fast, reduced order model)
- Eigenmode solver (general, lossy)
- LF time domain solver (2D magneto-quasistatic)
When running the non-parametric optimization, both CST and Tosca licenses are required.
Yes, CST Studio Suite includes multiphysics capabilities. Electromagnetic losses result in increased temperatures. Increased temperatures might cause mechanical deformations that compromise the performance of the device.
Multiphysics workflows are important for electronics cooling, PCB deformations, filter detuning, and human bio-heating.
Both uni- and bidirectional EM-thermal coupling are supported.
In the unidirectional case, the EM solver first solves the electromagnetic fields and the resultant thermal losses. The thermal solver then imports those losses as heat sources and performs a thermal analysis to obtain the temperature field in the computational domain.
Using bidirectional coupling not only allows the thermal solver to import the thermal losses obtained from the EM solver but also allows the EM solver to import the temperature field calculated by the thermal solver. The bidirectional coupling can find its application in problems involving materials whose EM properties are dependent on temperature.
In general, when starting a new simulation project in CST Studio Suite, the recommendation is to create a new project using the project templates.
Using the templates, the user defines which application will be simulated, e.g., microwaves & RF/optical. There is a subsection for periodic structures such as metamaterials or FSS (frequency selective surfaces).
Using the project templates, CST will suggest which solver and which boundary conditions to use, as well as mesh settings.
All settings can be edited by the user throughout the simulation project, but these initial settings provide a great starting point.
When using waveguide ports in the simulation project, there is a solver setting named ‘calculate port nodes only.’
When this is activated, only the port modes will be calculated, which makes the simulation run quickly.
The results are found in the 'navigation tree,’ either in 1D results/port information/line impedance or in 2D/3D results/port modes/port1/e1.
When running the full simulation, it is also possible to use TDR (time domain reflectometry) to analyze the impedance vs. time.
Yes, derivatives of S-parameters can be calculated with respect to geometric and material parameters.
Sensitivity analysis can be used for, e.g., yield analysis, displacement sensitivity, and more efficient optimization.
It’s activated using the ‘use sensitivity analysis’ checkbox in the solver setup.