CST 软件发展历程—完备的技术

2024-10-29
广东
本文字数：1982 字
阅读完需：约 7 分钟

CST 软件经过近三十年的发展形成了自己独特技术路线，相较于市面上其他的产品最大的特征就是完备的技术（Complete technology）。本期我们借由对 CST 历史的介绍，逐渐展开对 CST 软件的各个算法的特点介绍。CST 工作室套装本身就超过 20 个求解器，能解决从直流、低频到高频，光学，多物理场，PCB，线缆等各个领域的问题。针对不同的领域，不同的仿真任务都有最适合的求解器，如下图：

下面我们简单回顾一下 CST 软件发展的历史，了解软件发展的各个阶段，各个求解器和算法是如何开发，收购，整合，最终成为如今达索 SIMULIA 电磁解决方案。

CST 软件发展里程碑（Milestones）

1992 CST 公司成立

稍微了解 CST 软件历史的同学应该知道，CST 是创立于 1992 年达姆施塔特的德国公司。成立之初是为了商业化(MAFIA)，而 MAFIA 正是 Solving Maxwellsequations using the Finite Integration Algorithm 的缩写。MAFIA 是一个通用的三维电磁场求解器，适用于从静态到太赫兹的整个频率范围。它还包括基于相同数值方法的声学、电动力学、热学、等多物理求解模块。就是今天我们说的有限积分技术（FIT），可以认为是我们今天日常使用的时域算法的原型。基于 FIT 这一算法，CST 微波工作室这款产品被开发出来。在当时，这一产品采用最先进的 3D 建模技术，方便了结构的创建和设置，能帮助天线射频工程师快速简单高效的利用数值计算完成他们的设计工作。

1998 年 PBA 发布

CST 独家的 PBA 技术研发成功是非常重要的里程碑，PBA（Perfect Boundary approximation ）的共形网格技术能极大的提升时域求解器计算精度和网格效率，使得 CST 软件在整个全球电磁数值软件的市场发展速度上一骑绝尘，市场占有率的增长远远超过整个市场的发展速度。值得注意的是，由于出发方程不同，FIT 和 FDTD 就不是一个算法。CST 的 PBA 技术包括随后发布的 TST 薄片技术，使得 CST 在一个网格内能处理多种材料，经过二十多年的不断技术进步和迭代，PBA 网格已经是第 N 代产品(N>5)，相比初代产品，模型的通用性和精度性能都已经不可同日而语。

2005 年完备的技术

跨入 2000 年后，各家电磁仿真软件的公司都拿着自家主流的算法，开启了诸侯混战的局势。对于 CST 的技术路线而言，就是本文开头提到的海纳百川，对于微波工作室部分而言，对各个主流算法都进行了自研开发，逐步形成了完整的布局，如下图所示：

对于三维仿真而言，这些主流的计算电磁算法都囊括在内，比如 FIT，TLM,FEM,IE,SBR 等，以期让用户在合适的情景下选择最合适的求解器。

对于不同的仿真问题，会涉及不同的电尺寸，模型复杂度，谐振，频率带宽，支持的材料，所拥有的硬件条件等等，而这些都会影响仿真效率，都对应不同的最优求解器的选择。CST 正因为其完备的技术，提供了市面上所有主流的数值方法的解决方案。

对于 CST 软件比较熟悉的同学应该知道，CST 软件的界面下，可以切换各个求解器，并且不同的求解器进行了很好的融合，很多时候只要对模型理解正确可以达到一键切换，相互验证的效果。下期，我们会就 CST 最重要的时域求解器（FIT）和频域求解器（FEM）进行验证的对比方法给出详细的说明。

在 2007 年那段时间，CST 先后收购了多家公司，以完善其完备技术的策略目标。CST 收购了 SimLab 的主要股份。SimLab 技术在 PCB 和线束上的 SI / PI EMC / EMI 分析方面享有盛誉，这一部分成为了当时的 PCB 工作室以及线缆工作室的基础。基于对这些技术的持续开发，CST 能在做 2D 和 2.5D 的 PCB 的信号电源完整性评估上有完整的解决方案。

CST 获得了包括 LINMIC 电路模拟器的源代码在内的所有权利。3D EM /电路协同仿真变得越来越重要。拥有自己的电路仿真器为高效的仿真设置开辟了新的前景。CST 微波工作室和设计工作室的融合到如今成了电磁仿真非常重要的工作流程。CST 不仅能做常规的场路协同，并把路仿真后的结果重新合成到场仿真中。更是由于独有的瞬态仿真特性能完成真.瞬态场路协同仿真。

在那年，CST 还收购了 Flomerics 的 EM 业务:主要是 Microstripes 和 Flo/EMC。这两个工具都使用了传输线矩阵法（TLM），这也是另一种非常有特色的时域方法。在整合入 CST 后得到了进一步的发展，在最新的 2020 版本，TLM 求解器也加入了最先进的 PBA 技术，加之本身的八叉树网格特色，将会极大的提升他在 CST 工作室套装中的出场频率。

2010 年系统装配建模 SAM

在集合了一系列求解器和模块的收购，加上出色的 HPC（高性能计算能力）CST 以及具备了解决用合适的求解器解决单个问题的能力，但是有的应用场景单用一种求解器还是不能非常高效的求解，混合求解是一种更进一步拓展的解决当下电磁仿真问题的方案。详见之前的文章仿真实例 009：汽车天线仿真（双向混合求解），以及操作视频【培训视频】Part 2-1 双向混合求解。