達索SIMULIA旗下的CST工作室套裝是原德國CST公司結合多年的電磁算法研究和軟件開發經驗而研發出來的一款電磁仿真軟件，為電磁場設計仿真提供了精確和高效的解決方案。CST工作室套裝包含豐富的適用于仿真和優化各種設備問題的的多個軟件工具，覆蓋了從靜場到光波的全頻段。同時，它還具有熱、結構應力和電路的分析以及聯合仿真分析功能。
CST工作室套裝將所有工作室子軟件集成到同一設計環境下，通過該統一設計環境可方便使用所有的求解技術。系統裝配和建模（SAM）技術使得多物理場仿真和各類協同仿真變的更加便捷，同時也有利于對完整系統級的電磁仿真項目進行高效管理。
CST工作室套裝能夠為產品提供重要的市場價值和優勢，比如能夠縮短產品研發周期，在物理實驗前即開始虛擬樣機研究，以及通過仿真優化產品設計來替代試驗改進的方式等等。
軟件覆蓋整個電磁頻段，提供完備的時域和頻域全波電磁算法和高頻算法。典型應用包含各類天線/RCS、EMC、EDA、SI/PI/眼圖、MRI/手機、電真空管/加速器/高功率微波、場-路、電磁-溫度及溫度-形變等各類協同仿真。
CST工作室套裝
1、天線設計仿真
得益于CST完整的軟件模塊和完備的技術能力，CST能夠完成從天線設計到天線仿真優化的全過程，包括單天線仿真、陣列天線仿真優化、天線罩、天線裝載性能及天線布局等等。
1.1天線設計
Antenna Magus是一款天線設計工具包，當前版本有超過300個天線設計模板。此外，Magus還包含常用天線設計工具、介質材料庫和天線陣綜合分析模塊。所有天線、天線陣、饋電均為全參數化模型。只需輸入天線和天線陣指標，便能在幾分鐘內得出滿足指標的天線模型和天線陣分布。
圖 1 Antenna Magus工作流程
1.2 天線仿真
在CST微波工作室中包含各種全波和高頻算法，其中適用于天線仿真應用的三個求解器分別是時域求解器、頻域求解器、積分方程求解器和高頻漸近求解器，包含的算法包括FITD、TLM、FEM、MoM、ACA迭代MoM、MLFMM、PO、SBR。按照它們能夠仿真的電尺寸從小到大依次排列。分別是：<=1個波長：最佳采用MoM或者FEM。FITD和TLM也可用；1-100個波長：最佳采用FITD和TLM，MoM不可用。注：MLFMM可以使用，但要求沒有復雜介質分布和腔體結構，所以是有限制條件的；50-100個波長的反射面天線：最佳采用MLFMM，也可以使用FITD和TLM，但仿真效率較低；100-10000個波長：最佳采用PO和SBR。FITD和TLM在100-200個波長尚可使用，超過后，則沒有哪個全波算法可以勝任了，而只能采用高頻算法了。
圖 2 CST不同求解器適用的電尺寸
 
圖 3 CST仿真天線罩對天線性能的影響
圖 4相控陣和艦載天線布局仿真
2、RCS仿真解決方案
CST提供業內完整的RCS解決方案，包括隱身材料仿真、天線和相控陣RCS、FSS頻選仿真（無限大平面、電大尺寸平面）、涂覆材料、平臺外形隱身、電大超電大目標RCS等。
CST在進行RCS仿真時，同樣依托于其全面且強大的電磁算法，根據不同的問題類型選擇相應的電磁算法，最主要的是其中的時域和高頻算法。其中時域算法可覆蓋電小直至500個波長的電大尺寸，在所有全波算法中能計算的電尺寸最大最快，適合進行各類天線、天線陣及新型復合隱身材料的RCS精確仿真，能夠進行頻選表面（FSS）貼附結構的RCS仿真，并能夠進行瞬態和超寬帶RCS的仿真。
圖 5飛機瞬態RCS的仿真
圖 6箔條云建模和RCS仿真
針對超電大目標的RCS計算，主要采用CST微波工作室的高頻漸進求解器(CST MWS-A)。CST提供了三種高頻漸進算法，按照精度從低到高依次為——物理光學PO、彈跳射線束SBR-Raytube和彈跳射線法SBR來完成各種超電大目標的單站和雙站RCS計算。
SBR是眾多高頻算法中新發展起來的算法。它基于射線跟蹤，外加物理光學和場強跟蹤，對大量發自源的波前射線進行跟蹤，不但能夠對結構的外表面，更重要的是能夠有效地對腔體凹結構的內表面進行跟蹤。在場強跟蹤中加上介質損耗、透射折射和反射修正，便能夠對非金屬結構進行散射分析。
對于沒有腔體的簡單結構，精度要求不高時，則PO即可；而對于復雜目標，如航母、飛機等具有精細結構的目標，就需要使用彈跳射線束SBR-Raytube或彈跳射線法SBR來完成RCS仿真。
CST的高頻算法可對初始入射點、入射射線、反射射線以及與特定入射射線所引起的所有相應次數的反射射線進行靈活的可視化，如所圖 3 3示。
圖 7 CST高頻求解器的射線可視化
用戶可以指定顯示哪條入射射線的包含1至第N次反射的射線，并可將這些入射和反射射線導出至文本文件，供用戶做后續分析。
對于不同入射方向，可以顯示強散射點（也稱為熱點，Hot-spots），設計者可以在RCS曲線上找到RCS最大值，并顯示該角度下的熱點分布。圖 3 4中紅色部分就是熱點。再通過該入射角下的初始入射射線相應的N次反射射線的路徑跟蹤，推出造成該強散射點的強RCS結構，通過進一步修改此結構，達到降低RCS的優化目標。
圖 8 高頻求解器仿真中的熱點分析
圖 9飛機距離像仿真
CST中通過專用宏可以快速完成海雜波的建模，如下圖所示：
圖 10艦船及海雜波RCS仿真建模
圖11 艦船RCS仿真結果
3、EMC仿真解決方案
針對電磁兼容的四大類問題，即CE、CS、RE和RS，CST電磁仿真軟件可構建非常適合于設備和系統級的EMC仿真平臺。CE和CS預設計由CST設計工作室與CST PCB工作室協同完成，CST PCB工作室立足板圖文件進行無源建模與仿真，可提取基于分布參數的無源電路模型并無縫進入CST設計工作室，形成無源block模型。CST設計工作室建立有源器件如二極管、三極管、晶閘管、IBIS等模型，并和無源block模型的邏輯鏈接，實現CE和CS仿真。
RE和RS預設計由CST 微波工作室、CST PCB工作室、CST 線纜工作室及CST設計工作室協同完成。通常設備或分系統的電場輻射或耦合途徑無外乎為外接（或互連）線纜束和機箱孔縫兩種。對于外接（或互連）線纜束電磁輻射和輻照，由CST 微波工作室、CST 線纜工作室及CST設計工作室三者協同完成，對于機箱孔縫電磁輻射和輻照，由CST 微波工作室、CST PCB工作室及CST設計工作室。
而所有上述工作室或者模塊都是緊密集成在一起的，構成了CST電磁兼容工作室，專用于進行電磁兼容問題的仿真分析。
3.1 PCB板級電磁兼容仿真
PCB板級EMC仿真主要包括傳導發射和輻射發射等，CST印制板和微波工作室支持常見EDA格式的導入，魯棒性高，在將平面PCB導入為三維結構時，能自動對PCB的三維結構問題（比如走線斷裂、焊盤圓柱變成多邊形棱柱等）進行修復，可以全版導入，也可以任意形式的局部導入。CST設計工作室支持各類SPICE、IBIS和Touchstone等各類器件模型的導入，可以和微波工作室無縫集成組合成完整的PCB仿真模型，包括所有的器件和三維印制板結構。
使用CST的微波工作室結合設計工作室，可進行各類包含電路器件、三維PCB模型及金屬外殼在內的CE、RE等EMC仿真。
圖 12 模塊傳導發射仿真
用CST微波工作室使用時域算法加六面體網格技術對機箱進行仿真，實際工程機箱導入后，無需任何修復，便可成功劃分網格并仿真。CST采用獨特的精簡模型及嵌入式網格技術，并采用獨特的Octree網格合并技術，在保證計算準確性的前提下，大大提高了計算速度。精簡模型的本質是電路模型，即將真實的物理模型轉換成電路的級聯，從而避免進行精細的網格劃分，提高產品仿真效率。精簡模型專用于快速精確仿真機箱上細小散熱縫陣、通風孔陣、搭接、屏蔽封條、燕尾槽、電纜通孔、導電薄膜、導電橡膠、屏蔽絲網、多層復合材料、碳纖維板等的電磁泄漏輻射和電磁屏蔽等電磁兼容問題，全波求解并支持轉移阻抗模型。
圖 13 機箱上常見的孔縫等精細模型
圖14 機箱屏效仿真
CST電纜工作室可以仿真真實工況下由數十米長數數十跟線纜組成的、多重捆扎的線束的電磁兼容問題，如線束串擾、線束輻射和線束感應噪聲等。線纜載體可以為任意金屬或介質結構，線纜可為單線、排線、屏蔽線、雙絞線、屏蔽層、絕緣層及其它們的任意排列組合。CST電纜工作室基于時域傳輸線法（TL）、邊界元法（BEM）、時域FITD、TLM算法的專業線纜級布線、電磁兼容仿真軟件，可以對任意形式的線纜進行分布參數提取，針對真實工況下由各類線型構成的數十米長線束及周邊環境進行SI/EMI/EMS分析，能夠進行單向和雙向線束與磁場自洽相互作用場路協同仿真，解決線纜線束瞬態和穩態輻照和輻射雙向問題。
圖15電纜串擾測試設置和仿真模型
圖 16 電纜串擾仿真和測試對比 |
