CST Studio Suite - 3D-programvara för elektromagnetisk simulering
För att designa, analysera och optimera elektromagnetiska komponenter och system.
Vad är CST Studio Suite?
CST Studio Suite är ett högpresterande 3D elektromagnetisk simuleringsprogram. Den tillhandahåller verktygen, funktionerna och lösningarna för att designa, analysera och optimera elektromagnetiska komponenter och system över det elektromagnetiska spektrumet.
Den används vanligtvis för utveckling inom olika tillämpningsområden, såsom antenner, filter, kopplare, kontakter, kablar, sensorer, biomedicinska enheter, elmotorer, magneter och kretskort. Den gör det möjligt för ingenjörer och forskare att karakterisera och optimera enheter med hjälp av branschbeprövade lösare och avancerade efterbehandlingsverktyg.
Mest populära användningsområdena för CST Studio Suite
Transport och mobilitet
Avancerade simuleringar används i stor utsträckning inom fordonsindustrin. Antenndesign och optimering av antennplacering är nödvändigt för att maximera prestandan hos radar, navigationssystem och antenner som används för kommunikation. ADAS (avancerade förarassistanssystem) kräver avancerade sensorsystem för att samla in stora mängder data, som överförs med höga datahastigheter, vilket kräver att signalintegritet och överhörningsstudier utförs. Elmotorer behöver optimeras för att maximera räckvidden på en enda laddning. Och trådlösa billaddare använder vanligtvis Litz-ledningar för hög effektivitet, som enkelt kan ställas in och simuleras.
High tech
Integration och miniatyrisering av mycket komplexa enheter pressar gränserna inom branschen. Högpresterande processorenheter behövs för att hantera ständigt ökande datahastigheter. Signalintegritetsanalys utförs för att säkerställa att data tolkas korrekt vid den mottagande kretsen. För att säkerställa att alla kretsar fungerar korrekt och får ström enligt sina krav utförs simuleringar av strömintegritet. För att maximera batteritiden är det viktigt att maximera antenneffektiviteten och se till att antennprestanda och placering optimeras.
I dessa mycket integrerade enheter är EMC (elektromagnetisk kompatibilitet) extremt viktigt för att säkerställa att enheter inte genererar störningar och att de inte påverkas av elektromagnetiska störningar som kan förväntas i deras miljö. Alla dessa påverkande faktorer kan simuleras med hjälp av CST elektromagnetiska lösare. Dessa tätt befolkade, högpresterande enheter lider dock också av problem med termisk hantering eftersom kretsarna producerar mycket värme. Lyckligtvis kommer CST också med termiska lösare, som kan användas för elektroniska kylstudier.
Flyg- och rymdindustrin samt försvarsindustrin
Identifiera blixtnedslags fästpunkter via elektrostatisk analys och modellera strömspridning över komposit-/metallstrukturer med hjälp av tidsdomänlösare. Termisk koppling avslöjar risker för materialnedbrytning från extrem Joule-uppvärmning. Det är också möjligt att undersöka indirekta blixteffekter i termer av hur mycket ström som induceras i ledningsnäten. Med hjälp av kabellösaren kan ledningsnät analyseras i termer av linjeimpedans, kabelförlust och överhörning. Antennplaceringsstudier utförs för att säkerställa att flygplansstrukturen inte försämrar antennprestandan under specificerade tröskelvärden och att olika antenner inte stör varandra.
"CST kom ut som vår favorit i alla dessa aspekter och med det utmärkta stödet från killarna på TECHNIA kände vi oss säkra på att fortsätta med ett licensköp och att 'komma igång direkt'."
European Electric Aerospace Company
Life sciences
På grund av de begränsade möjligheterna att utföra mätningar inuti människokroppen är simuleringar avgörande för att förstå fältutbredningen i människor. CST inkluderar modeller av människokroppen, vilket gör det möjligt för forskare att analysera hur elektromagnetiska fält interagerar med människokroppen. Simuleringar kan användas för att studera avbildnings- och behandlingssystem och för att undersöka potentiella hälsorisker på grund av EM-fältexponering.
CST Studio Suites kompletta teknik är väl lämpad för analys av mycket komplex life science-utrustning, från små enheter som placeras inuti och på människokroppen, såsom wearables, hörapparater och pacemakers. Det är också möjligt att utföra simuleringar av till exempel MRI-system (magnetisk resonansavbildning), där supraledande magneter genererar starka magnetfält som interagerar med högfrekventa fält, med människokroppen i centrum av systemet.
Varför använda CST Studio Suite?
Värdet av simuleringar är en djupare förståelse av er produkt. Ni kan utvärdera olika designalternativ innan ni har byggt er första fysiska prototyp. Detta gör det möjligt för er att tänja gränser, innovera och minska risk och kostnad.
Utför ”tänk om”-analys för att förstå er produkt och krävens marginal innan ni får den första prototypen. Med CST Studio Suite kan ni visualisera hur de elektromagnetiska fälten utbreder sig i 3D, vilket gör det möjligt för er att se det som annars är osynligt. När ni känner er produkt, dess styrkor och svagheter, vet ni var ni ska fokusera er energi för att säkerställa att produkten uppfyller era krav och tidsplan.
Effektiva arbetsflöden och samarbete inom FoU-teamet i kombination med optimerad produktprestanda minskar kostnad och time-to-market. Importera parametriserade modeller och reflektera designändringar omedelbart i er simuleringsmodell genom att skapa en dubbelriktad länk mellan CAD och simulering. Att minimera antalet verkliga prototypiterationer sparar kostnader inom tillverkning, verifiering och utvecklingsteam.
Simulering hjälper er att undersöka nya idéer och utforska alternativ utan att tillverka en prototyp. Använd simulering för att minska sannolikheten att upptäcka fel och suboptimala komponenter sent. Utrusta era team med värdefull data som överbryggar klyftan mellan experiment och lärande.
Make the most of R&D by implementing collaborative simulation throughout product development. Simulering låter dig utvärdera din design så snart dina modeller är färdiga. Simuleringar fungerar också som ett viktigt felsökningsverktyg, vilket gör att du kan utföra snabba bedömningar av produktändringar.
En av de mest utmanande aspekterna av simuleringar är att uppnå resultat som är tillräckligt noggranna på kortast möjliga tid. CST Studio Suite kommer med ett par fullvågslösare i både tidsdomän och frekvensdomän, samt många specialiserade lösare.
Vissa lösare ser en stor hastighetsökning när GPU-beräkning används. Det finns också möjligheter att använda en hybridmetod där två fullvågslösare kopplas samman för att påskynda simuleringen. CST erbjuder också möjligheten att koppla elektromagnetiska lösare med termiska lösare, vilket möjliggör utbyte av effektförluster och temperaturer mellan lösarna och tillhandahåller multifysikarbetsflöden.
CST Studio Suite erbjuder möjligheten att koppla 3D-simuleringar med kretssimuleringar för att korrekt beräkna och visualisera fältutbredningen av ett delsystem. Detta gör det möjligt för er att till exempel matcha en antenn med hjälp av koncentrerade element eller att inkludera de parasitiska effekterna av ert kretskort medan transistorerna i en 3-fas inverterare, beskrivna med SPICE-modeller, växlas med PWM-signaler.
Python kan användas för att styra CST Studio Suite. Python-skript kan köras inuti CST Studio Suite för att till exempel automatisera eller stödja modelleringsprocessen, eller en extern Python-tolk/konsol kan användas för att styra CST Studio Suite eller extrahera resultat för att använda Python för efterbehandling.
Vad kan ni göra med CST Studio Suite?
CST Studio Suite erbjuder en omfattande uppsättning funktioner och möjligheter för att stödja hela produktlivscykeln, från koncept till konsument.
Antenndesign och optimering
Designa och optimera antenner från elektriskt stora arrayer och reflektorantenner till miniatyrantenner tryckta på tätt befolkade kretskort. Inkludera plattformen, höljet och radomen för att noggrant beräkna den installerade antennprestandan för det trådlösa systemet.
EMC (elektromagnetisk kompatibilitet)
Kombinera 3D- och kretssimulering för att analysera beteendet hos era delsystem. Med CST kan både ledda och utstrålade fenomen undersökas. Detta hjälper till att identifiera och mildra potentiella EMC-problem tidigt i designprocessen.
Kretskortsanalys och design
Designa och utvärdera kretskort med optimerade arbetsflöden för analys av ström- och signalintegritet. CST importerar kortfiler från alla större EDA-verktyg, utöver IBIS-modeller.
Filter och RF-komponenter
Tillhandahåller verktyg och lösare för att syntetisera filter och analysera mycket resonanta strukturer såsom filter och multiplexrar. Kopplare, cirkulatorer, kontakter och kablar kan också optimeras med CST Studio Suite.
Fotonik
Analysera fältutbredningen i fotoniska enheter såsom gitterkopplare, ringresonatorer, avsmalnande delar, vågledare och splittrar för att utveckla höghastighetskommunikationsenheter, sensorer eller LIDAR-system.
Bioelektromagnetik
Bioelektromagnetik fokuserar på interaktionen mellan elektromagnetiska fält och människokroppen. CST inkluderar modeller av människokroppen, fantomer och makron för simulering av biomedicinska och högteknologiska tillämpningar, såsom implantat, wearables, mobila enheter eller medicinsk avbildning.
Blixtnedslag
Inom vissa branscher är simuleringar av blixtnedslag avgörande. CST inkluderar en elektrostatisk lösare, som kan användas för att hitta blixtnedslags fästzoner.
Magnet- och spoledesign
CST används i stor utsträckning för magnetdesign inom till exempel elektriska maskiner, MRI, NMR, partikelacceleratorer, samt analys av magnetisk skärmning. Simulera permanentmagneter, resistiva magneter och supraledande magneter med kopplade EM/termiska/spänningslösare
Elektriska maskiner
Modellera elektromagnetiska fält noggrant för olika typer av maskiner, inklusive axiella och radiella flödestopologier, samt linjära rörelseenheter. Simuleringar inkluderar effekter från järn- och kopparförluster, virvelströms- och förskjutningsströmmar, hysteres och avmagnetisering.
Högspänningsenheter
Simulera traditionella kraftelektronikkomponenter såsom transformatorer, samlingsskenor och isolatorer, samt till exempel högeffektledningar, trådlösa laddare och spolar med Litz-trådsteknologier.
Sensorer
Designa kapacitiva, induktiva och magnetiska sensorer för tillämpningar inklusive pekskärmar, utrustning för oförstörande provning och närhetssensorer.
Laddad partikeldynamik
CST kan också användas för att designa ett brett spektrum av laddade partikeltillämpningar från acceleratorenheter, TWT (vandrande vågrör), magnetroner och jonmotorer.
Hur ni väljer er elektromagnetiska simuleringsprogramvara
När ni planerar ert köp och implementation, överväg faktorer såsom programvarans förmågor att hantera era specifika simuleringsbehov, dess kompatibilitet med era befintliga verktyg och system, användargränssnittets intuitivitet och tillgängligheten av lärresurser, teknisk support och en aktiv användargemenskap.
Hur man köper CST Studio Suite
Letar du efter att köpa CST Studio Suite-licenser? Vill du se en demonstration för att förstå vad CST Studio Suite kan göra? Eller behöver du prata med en expert innan du kan fatta ditt beslut?
Vi är här för att säkerställa att du får rätt programvarupaket för ditt team.
Kontakta oss
Vårt simuleringsteam finns tillgängligt för att tillhandahålla skräddarsydd vägledning och support med djup kunskap om hela SIMULIA-portföljen. Kontakta oss för att prata med en expert i dag.
CST Studio Suite FAQ
Felsökning och support
Letar ni efter hjälp med CST Studio Suite?
En tidsdomänlösare beräknar utvecklingen av fält över tid på diskreta platser och vid diskreta tidsprover. Den erhåller hela det bredbandiga frekvensbeteendet hos den simulerade enheten från en enda beräkning.
En frekvensdomänlösare antar ett tidsharmoniskt beroende av fälten och excitationen. Varje frekvensprov kräver att ett nytt ekvationssystem sätts upp och löses; därför är förhållandet mellan beräkningstid och frekvensprover linjärt. Därför är frekvensdomänlösaren vanligtvis snabbast när endast ett litet antal frekvensprover behöver beräknas.
Prestandan för tidsdomänlösaren försämras för starkt resonanta strukturer eller om enheten fungerar vid mycket låga frekvenser. I sådana fall kan frekvensdomänlösaren vara snabbare, särskilt om bara några få frekvensprover är tillräckliga för att karakterisera strukturens beteende. Å andra sidan ökar simuleringstiden för frekvensdomänlösaren snabbare med en ökning av antalet nätceller än simuleringstiden för tidsdomänlösaren, vilket gör tidsdomänlösaren mer lämplig för elektriskt större problem.
Innan de elektromagnetiska beräkningarna kan utföras måste simuleringsmodellen översättas till en representation som lösaren kan använda. Simuleringsvolymen diskretiseras, delas upp i små delar – nätelement eller nätceller på vilka Maxwells ekvationer ska lösas. Denna rumsliga diskretisering är nätuppsättningen. Nätet måste vara tillräckligt detaljerat för att korrekt representera simuleringsmodellens geometri. Nätet måste dock också vara tillräckligt detaljerat för att korrekt representera de elektromagnetiska fältvariationerna i simuleringsmodellen.
Att använda fler nätelement ökar beräkningstiden såväl som minnesanvändningen. I en tiddomänsimulering med ett hexahedriskt nät ökar minnesanvändningen vanligtvis linjärt med antalet nätceller. För en frekvensdomänsimulering med ett tetrahedriskt nät ökar minnesanvändningen vanligtvis kvadratiskt med antalet nätceller.
Utmaningen är att uppnå simuleringsresultat som är tillräckligt noggranna för din tillämpning utan att överskrida mängden RAM i din dator på kortast möjliga tid.
I navigeringsträdet högerklickar du på mappen ’materials’ och klickar sedan på ’new material.’ Specificera materialets elektromagnetiska egenskaper, såsom permittivitet, permeabilitet och konduktivitet. Det är också möjligt att definiera mer komplexa material för att ta hänsyn till t.ex. anisotropa, dispersiva och icke-linjära materialegenskaper antingen direkt i CST eller genom att importera externa filer.
För EM-termisk-mekaniska simuleringar behöver även termiska och mekaniska egenskaper specificeras, inklusive t.ex. värmekonduktivitet, termisk expansionskoefficient, Youngs modul och Poissons kvot.
Ja, förutom CST:s inbyggda modelleringsverktyg är det möjligt att importera flera CAD-filformat, inklusive STEP, IGES, DXF och Gerber. CST erbjuder även importmöjligheter från alla större mekaniska och elektriska CAD-verktyg.
2D- och 3D-simuleringsresultat, såsom elektromagnetisk fältfördelning eller fjärrfälts strålningsmönster, innehåller mycket data, och användaren behöver specificera vilka resultat som ska lagras på hårddisken innan simuleringen körs.
Dessa ställs in med hjälp av fältmonitorer, som finns i fliken ’simulering’ i menyfliksområdet. Det är möjligt att specificera både frekvens- och tidsmonitorer. Resultaten finns längst ner i ’navigeringsträdet’ när simuleringen är slutförd.
I fliken ’efterbearbetning’ i menyfliksområdet finns det resultatmallar som har många fördefinierade möjligheter för 2D- och 3D-fältresultat, samt fjärrfälts- och antennegenskaper.
Ja, CST inkluderar en parametrisk optimerare. Ange först vilka parametrar (deras intervall) som kan ändras av optimeraren och ange sedan vilka mål optimeraren ska uppnå. Både standardresultat och anpassade resultat efter bearbetning kan användas. Det är också möjligt att koppla CST med Tosca för att köra en icke-parametrisk optimering i CST.
De CST-lösare som stöds är:
- Frekvensdomänlösare (snabb, reducerad ordningsmodell)
- Egenmodlösare (allmän, förlustbringande)
- LF-tidsdomänlösare (2D magneto-kvasi-statisk)
När den icke-parametriska optimeringen körs krävs både CST- och Tosca-licenser.
Ja, CST Studio Suite inkluderar multifysiska funktioner. Elektromagnetiska förluster resulterar i ökade temperaturer. Ökade temperaturer kan orsaka mekaniska deformationer som äventyrar enhetens prestanda.
Multifysiska arbetsflöden är viktiga för kylning av elektronik, PCB-deformationer, filteravstämning och mänsklig biouppvärmning.
Både enkel- och dubbelriktad EM-termisk koppling stöds.
I det enkelriktade fallet löser EM-lösaren först de elektromagnetiska fälten och de resulterande termiska förlusterna. Den termiska lösaren importerar sedan dessa förluster som värmekällor och utför en termisk analys för att erhålla temperaturfältet i beräkningsdomänen.
Användning av dubbelriktad koppling tillåter inte bara den termiska lösaren att importera de termiska förlusterna som erhållits från EM-lösaren, utan tillåter även EM-lösaren att importera temperaturfältet som beräknats av den termiska lösaren. Den dubbelriktade kopplingen kan finna sin tillämpning i problem som involverar material vars EM-egenskaper är temperaturberoende.
I allmänhet är rekommendationen att skapa ett nytt projekt med hjälp av projektmallarna när man påbörjar ett nytt simuleringsprojekt i CST Studio Suite.
Med hjälp av mallarna definierar användaren vilken applikation som ska simuleras, t.ex. mikrovågor & RF/optik. Det finns en undersektion för periodiska strukturer som metamaterial eller FSS (frekvensselektiva ytor).
När man använder projektmallarna föreslår CST vilken lösare och vilka gränsvillkor som ska användas, samt inställningar för mesh.
Alla inställningar kan redigeras av användaren under simuleringsprojektets gång, men dessa ursprungliga inställningar ger en utmärkt utgångspunkt.
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.
Ja, derivator av S-parametrar kan beräknas med avseende på geometriska och materiella parametrar.
Känslighetsanalys kan användas för t.ex. avkastningsanalys, förskjutningskänslighet och mer effektiv optimering.
Den aktiveras genom att markera kryssrutan ’använd känslighetsanalys’ i lösarinställningarna.