Cst微波工作室实用.pptx

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1、CST的一个突出特点是结构建模器的全参量化。它使您在定义器件时可以使用变量。通过与优化器和参量扫描器工具相结合，CST微波工作室能够胜任所有电磁器件的设计与分析。该软件的应用方向：用来快速有效地设计和分析以下器件：天线、滤波器、传输线、耦合器、连接器（单芯和多芯）、印刷电路版、谐振器等等。该软件的计算原理：基于一种通用的三维算法 有限积分法，即将整个计算区域离散化的一种算法。第1页/共47页第二章第二章 快快 速速 演演 练练主要内容：1.启动软件 2.用户界面概览3.创建并观察一些简单结构4.建模并仿真一个窄带滤波器5.模型的参量分析和结构的自动优化第2页/共47页启启 动动 软软 件件启动

2、CST微波工作室后 ，在“Welcome”对话框中点击OK按钮，创建一个新项目。则显示左面的窗口：在此您可选择一个预先定义好的模版，也可以添加新的模版。这里，我们选择，并点击OK按钮。第3页/共47页用用 户户 界界 面面 概概 览览第4页/共47页上图为CST微波工作室主窗口界面，主要部分为：导航树（Navigation Tree）是用户界面的核心。您可通过它来访问结构单元及仿真结果。右键菜单（Context Menu）提供了一种访问与当前内容相关的常用命令的便捷方式。其内容是动态改变的。绘图平面（Drawing Plane）是用户绘制模型结构的平面。第5页/共47页以方块的建立为例：创建第

3、一个“方块”1.首先，点击工具栏图标“方块”图标，这时系统会要求你在绘图平面定出方块的第一个点。2.双击绘图平面的任意一点，便可确定第一点，或在点击图标后按Tab键，会弹出一个对话框，要求你输入相应的坐标值，从而精确地定出第一个点的位置。3.再次双击绘图平面，确定方块的对角点。4.确定方块的高度。将鼠标移到适当位置并双击，会弹出一个对话框，显示你建立图形的位置坐标的所有值，点击 OK按钮，完成。创创 建建 并并 观观 察察 一一 些些 简简 单单 的的 结结 构构第6页/共47页第7页/共47页 在三个定点都被点定后，系统会弹出一个参数对话框，你可在对话框中对各个参数重新定义,如下图所示：第8

4、页/共47页常用基本图形，其建立的方法与方块相似，如下图所示：第9页/共47页选择预先定义的图形、用组件来将图形分组和制定材料特性选择预先定义的图形、用组件来将图形分组和制定材料特性1.在导航树中会对你所建立的图形自动编目归类。你可以对其的归类和命名自定义，以便你以后方便选用。2.使用+双击图形即可对其进行多重选取，也可以使用键进行某个范围的选取。3.为了达到更好的视觉效果，我们可以对图形的材料进行定义。CST引入了一个材料库，你可以进行相应的操作从材料库里的材料名添加到Materials文件夹中。第10页/共47页改变视角改变视角 CST提供了四种改变图形的功能：平移（Translate）、

5、缩放（Scale）、旋转（Rotate）、镜像（Mirror），如下图所 示：第11页/共47页使用布尔操作来合并图形使用布尔操作来合并图形 创建复杂图形最有力的操作或许就是通过布尔操作来对简单图形进行合并。布尔操作允许您将两个物体相加、用一个物体减去另一个物体、用一个物体插入另一个物体及取两个物体的交集。下图是通过两个图形球体和方块来演示布尔操作 图一：ADD 图二：Subtract第12页/共47页图三：Intersect 图四：Trim 图五：Insert第13页/共47页选取模型的点、边、面选取模型的点、边、面 许多建模步骤都需要从模型中选取点、边或 面，本节将展示交互式的选取过程，取

6、其操作可在工具栏里直接点击，如图:第14页/共47页倒直角和倒圆角倒直角和倒圆角 在有些建模工程共需要对特定的边进行一些处理，比如挖直角槽或是把其圆滑，这时就需要进行倒直角和倒圆角操作，其变换过程如图所示：可在工具栏中选择相应的图标执行此操作：倒直角：倒圆角：第15页/共47页拉伸、旋转和渐变拉伸、旋转和渐变 在建模过程中经常遇 到面的扭转情况，下面我来 就来看看 CST所提供对所选面的 一些常用操作：第16页/共47页局部坐标系（局部坐标系（WCS）CST微波工作室除了使用全局坐标系外还使用了局部坐标系，这样即使的建模在不规则的情况下变得更容易。1.定义局部坐标系的最常用的方法是：先选取模型

7、中的点、边或面，然后将WCS与之对齐。2.其他方法：直接定义局部坐标系参数；移动局部坐标系；旋转局部坐标系；一般情况下，上述两种方法结合使用效率最快。第17页/共47页历史纪录历史纪录 在建模过程当中，出错时在所难免的，这时我们可以执Edit UNdo命令来更正，但它只会取消最后一次操作。然而有时还需要返回先前的步骤以便执行一些更改、删除或插入操作。在CST微波工作室中，采用历史纪录（History List）来实现这些功能。历史纪录是按时间顺序罗列了以前的所有操作，标记 指示了当前的建模步骤。选取相应的行后点击Restore按钮可回复到任何一步，进行相应的操作。历史树 在很多情况下，我们只需

8、更改一些基本图形或变换的参数，这时使用历史树将会更方便。在历史树中点击你要更改参数的结构，系统会弹出一个对话框，你可直接对其参数进行更改而不需要返回。第18页/共47页创建曲线创建曲线 基于曲线可以常见另一个复杂图形。有些复杂的图形你可以通过其在平面上的投影曲线来构造。如：第19页/共47页创建平面导线创建平面导线 一些结构（如印刷电路版）包含很多导线，使得建模时花费很多的时间。为简化此操作，特别增加了一个平面导线工具，可以利用曲线来创建有限宽度和厚度的导线。其创建过程：绘制一条连续费封闭的曲线 点击Trace From Curve 在弹出的对话框中指定要建导线的宽度和厚度第20页/共47页建

9、模并仿真一个窄波滤波器建模并仿真一个窄波滤波器 这里我来做一个建模仿真的实例，来看一下具体的操作方法。我们先来看一下窄波滤波器的几何结构：第21页/共47页模型尺寸：第22页/共47页其俯视面尺寸为：第23页/共47页结构原理：整个机构包括两个谐振腔，每个矩形腔体中有一根理想电导体圆柱。两者通过一个矩形膜片耦合。两个同轴电缆内导体将能量耦合给器件。几何建模：1.选择模板 每当您启动CST微波工作室并选择创建新项目时，都会要求您选择一个最适合您欲仿真器件的模板。此处我们选择“Resonator”。此模板自动将单位设置为mm和GHz，将背景材料设置为理想电导体。第24页/共47页如图：第25页/共

10、47页2.设置工作平面 正确设置了单位之后（此处由模板完成），通常还需要设定一个相对于您的器件来说足够大的工作平面。因本结构在坐标轴方向的最大延伸为200mm，故工作平面的大小应该设定为300mm或更大。从主菜单中选择Edit Working Plane Properties，弹出一根对话框，更改设定：第26页/共47页3.创建滤波器外壳 因背景材料已被设置为PEC，故您只需构建滤波器的内部，建好的结构会自动嵌入的哦理想电导体内。点击工具栏图标 ，激活方块创建工具。此时系统会提示您输入第一点，按键，打开如下对话框，外壳的尺寸为100*200，为了让结构与原点对称，输入坐标值：第27页/共47页

11、根据以前讲的建模步骤及模型尺寸建造下图：第28页/共47页4.创建圆柱谐振腔 同3步骤相同，分别输入下列参数可得第一个圆柱谐振器如图所示：第29页/共47页 再用同样的方法创建另外一个圆柱，得下图：4.创建腔体间的膜片 有两种方法可创建膜片，但是直接输入尺寸数据法对图形的变化不够灵敏，为了保证膜片始终会横穿真个滤波器，采用选点法来创建。第30页/共47页其过程为：先点击 后，在点击 ，双击下图所示的第一边选取第一点，再双击途中的第二边选定第二点，此时系统会提示你输入方块宽度，按，设置Width为2。再按，设置Height为105。并设置相应的参数如下图所示：第31页/共47页5.创建同轴耦合头

12、 点击 后，激活选面工具 并双击顶面，此面将会高亮。在选取工作坐标 ，将工作坐标与被选面对齐。因为同轴耦合器的中心位于滤波器顶盖下方17.9mm处，故为了更加方便地定义耦合头，我们将工作坐标与滤波器的顶盖对齐。激活圆柱工具 ，依次输入参量：中心坐标（0，17.9），Radius=10，Height=15，Name为：coaxial substrate。因尚无适合介质的材料被定义，故您还需要定义介质材料。同上的过程，最后得图形为：到此，我们的建模部分已经完成，下面我们来设置求解器并计算S参 量。第32页/共47页设置求解器并计算S参量1.定义端口 请打开信道端口对话框 ，定义端口1：由于这里已经

13、选中一个面，所以系统已动定义了端口的位置和大小，点击OK即可。选择模式在此端口中应该被考虑的个数。对同轴器件，我们通常使用单模传输，所以这里接受缺省设置。第33页/共47页 用同样的步骤来定义第二个端口，最后得图形如下：2.定义边界条件和对称面 在求解之前，都应该先检查一下边界条件和对称面。最简便的方法是激活 ，进去边界定义模式。此时当前的边界条件可以在注视途中形象地观察到。此处所有的边界条件都被设置为electric,即意味着整个结构被嵌入进一个理想电导体块里。因为结构关于YZ面对称，且同轴电缆的磁场垂直于此平面，故可使用对称面，以减少一半的仿真时间。第34页/共47页 上述步骤设定完成后，

14、模型结构显示如下：3.定义频率范围 点击工具栏里的 ，输入范围后点击OK按钮，即可。本列的频率范围为0.580.62。第35页/共47页4.定义求解参数并开始计算 这里我们选择模式分析求解器来计算S参量。激活工具中的 ，打开本征模求解器控制对话框：这里需要制定的最重要的设置就是需要计算的模式个数。这里指定20个。还要制定本征求解器的最大迭代次数。因为要直接由20个模式得出高精度的结果，实在是有些勉为其难，故清在Iterations栏里出入5，适当增加迭代次数。再将Calculate modal Coefficients选项打钩，选择用模式来计算S参量。确认无误后点击Start按钮，开始求解。第

15、36页/共47页 求解完成后会弹出一个对话框，显示出前20个模式的谐振频率：一个模式精度如果优于（1e-3），就可认为足够精确的了，可见求解除的模式，精度都非常低高。点击OK按钮，关闭对话框。还可以查看一下求解记录文件。选择Results View Logfiles Solver Logfile，查看求解记录文件，如下图：第37页/共47页为以后的计算优化性能 如果您进行参数分析，有必要提高单次计算的速度，以 应对下面的多次扫描计算。性能调节的步骤非常简单：本征模求解器先要推测您欲求最高模式的本征频率，前面的计算结果已经计算出并写入记录文件中的结构自动定出此频率：再次点击 ，点击弹出的对话框中

16、的Specials按钮，以打开高级设置对话框：第38页/共47页 在Guess栏里输入3.501，点击ok按钮后，再点击Start按钮，重新启动本征模求解器。计算完成后再查看记录文件如下：跟上次的计算花费时间可知，速度提高了3倍。第39页/共47页结果1D结果：第40页/共47页2D和3D结果：第41页/共47页Mode N的场图：第42页/共47页精精 度度 分分 析析 本征模计算和模式分析的数值误差主要两个：1.优本征模求解器迭代导入的数值误差。2.有限的网格分辨率造成的误差。所以，现在我们来讨论怎样控制这些误差以及怎得到高精度的结果。本征模求解器的数值精度 推测并填入最高本征模式的频率，

17、或是增加本征模求解器的迭代次数，都能提高结果的精度。网格分辨率对本征模精度的影响 有限的网格分辨率造成的误差通常很难消除，要保证解的精度，唯一的方法是提高网格分辨率并重新计算本征模。第43页/共47页 本列中，我们使用的是由专家系统自动产的缺省网格设置。如若要保证结果精度，最简单的方法就是将求解器控制对话框中Adaptive mesh refinement项打钩使用完全自动的自适应网格加密：激活自适应网格加密工具后，点击Start按钮，再次启动本征模求解器。几分钟后，求解其便完成了几次自动网格加密运算，并弹出如下对话框：第44页/共47页 这个对话框是提示您，经过自适应网格加密后，专家系统会设置已经达到给定的精度。点击Yes按钮后，会弹出本征模求解器对话框显示本征频率的收敛结果：自适应网格加密前 网格加密后第45页/共47页最后经过自适应网格加密后的S参量显示为：第46页/共47页感谢您的欣赏！第47页/共47页