CST是“Computer Simulation Technology”(计算机仿真技术)的缩写,是一款电磁场仿真软件,主要用于解决无线电、微波、红外、光波、光子等领域的问题。CST室有很强的计算机处理能力,可以模拟和分析各种电磁场问题,比如天线、射频元件、光纤、波导、电路板等。CST室使用的计算方法主要是三维时域有限差分(FDTD)和时域有限元(TLM)。
三维时域有限差分(FDTD)是一种将电磁场算法转化为数字计算的方法,是解决Maxwell方程组的一种常用数值方法。FDTD方法适用于各种电磁波问题,特别是当系统中存在许多异物时(如导体、不均匀介质),FDTD就显得比较好用。FDTD方法的基本思想是离散化Maxwell方程组,将空间坐标和时间坐标离散化,然后演化求解。CST室中应用FDTD方法可以模拟各种天线、微波元器件、电磁辐射场、高速电磁脉冲等,是电磁场计算的重要方法。
FDTD方法的优点是计算精度高,适用范围广,特别适合处理不规则结构和各种材料边界问题。缺点是计算速度较慢,且离散化格子的大小不能任意调整,需要根据模拟对象来确定,这也就导致了计算资源的浪费。
时域有限元(TLM)是将Maxwell方程组转化为矩阵方程组来求解的方法,常用于电磁场中高频电磁波的模拟。时域有限元方法采用的是电磁场强度和电通量密度作为未知量,在时间轴上递推求解电磁场分布。TLM法是在三维空间内的有限元方法上引入时间维度的叠加方法,它的基本模型是二维无理三角网格,适用于非常复杂的结构分析。
相比FDTD,时域有限元的优点是精确度更高、适用范围更广、可处理更复杂的结构。但是,时域有限元计算的速度比FDTD慢得多,常常需要比FDTD更多的计算资源,而且通常需要更长的计算时间。
CST室并不只是运用FDTD和TLM两种方法,还有很多其他的计算方法和技术。实际上,CST更强调综合计算,针对不同模拟问题选择最适合的计算方法或方法组合。比如,对于高频电流集中和分布极不均匀的网络,CST同时使用FDTD和TLM两种方法进行模拟;对于非线性介质,CST可以使用时域逆传播和非线性压缩技术;对于特殊领域的电磁场问题,如谐振腔、光纤连接器等,CST使用的计算方法和技术更加多样和精细。综合应用不仅能够在保证准确度的基础上,更好地提高计算效率,同时提高了计算精度,更好地保证了CST在各种领域应用的效果。