CST 模型设置技巧
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模型设置技巧
电子科技大学 贾宝富 博士
1-1
主要技巧
• 如何建立仿真模型 • 几何图形预处理技巧 • 使问题最小化 • 虚拟物体 • 网格划分
1-2
如何建立仿真模型
实际的微波 系统
仿真 模型
仿真模型不 一定与实际 微波系统相 同。
包含多种元件和 复杂的几何结构
• 硬件设备能 力的限制，如 内存、硬盘和 CPU速率等。
1-12
利用周期边界使问题最小化
1-13
利用对称性使被求解的问题最小化
• 利用对称 性使被求 解的问题 最小化
Symmetry
Perfect H
1-14
辐射问题空气盒尽量小
• 空气盒尽可能小
1-15
端口不能太长
• 端口不能太长 – 高次模衰减大于 20dB – 一般取λ/8~ λ/4 – 利用端口设置的 “Deembed”功能 恢复端口的实际 长度。
1-47
掏空
“掏空”功能对很多物体（如波导，喇叭，抛物面天线等）的建模都极为方便
1. 原始物体
5. 最终结果
4. 设置参数
2. 分别选中前后两个面
“壳”的创建方向
“壳”厚度
3. 从主菜单选择 2、Objects->Shell Solid or Thicken Sheet
1-48
目标的捕捉
在建模的很多地方都会用上目标捕捉（Objects->Pick） 可以省去坐标的计算和输入，精确定位
1. 建好物体
结构变换－概述
圆锥
2. 双击此物体，或在右边的NT上选中
！必须先选中 需要变换的物体
4. 打开变换窗口
3. 点击工具栏上图标 或从主菜单选择 Objects->Transform
1-32
结构变换－窗口详解
操
平移
作
类
放缩
别
旋转
镜像
是否以物体重心 为变换基点
变换重复次数
原物体是否保留 新物体是否单独命名
From a simple rectangular or circular cross-section, detailed figures of revolution, extrusions, or helices can be formed.
• Basic objects are created as primitives – Polylines: point, polyline (open or closed), arc – Sheets: closed polyline, rectangle, circle – Solids: Box, Cylinder – More complex objects are generated by manipulation of primitives
2分54秒
1-8
频率仿真计算误差（％）
2.5
2
1.5
Perfect Geom
Segement 18
1
Delta F
0.5
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Pass No
1-9
Q值仿真计算误差（％）
0
-0.5
-1
Delta Q
-1.5
Perfect Geom
Segement 18
-2
-2.5
-3
-3.5
-4
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Pass No
1-10
平面带状线结构尽量不画带厚度
• 平面带状线 结构尽量不
画带厚度
需要画厚度
• 两种情况例 外：
– 边缘耦合
– 带厚小于趋 肤厚度δ
不要画厚度
1-11
利用周期边界使问题最小化
• 可计算的最大尺度，一般小于 4λ。
• 利用周期边界使被求解的问题 最小化
捕捉中点
捕捉圆边点
捕捉一条“边” 得到这条边的长度
捕捉端点
捕捉圆心
捕捉棱边 捕捉面
捕捉面心
目标捕捉有一些很有用的功能，如：
捕捉一个“点” 得到此点三维空间坐标
立方体“减”圆球
进行不同布尔运算后的结果
将圆球“插入”立方体 （裁减）
1-35
布尔运算－操作步骤
1. 原始两不同材料物体
5. 回车确定
4. 选择第二个物体（圆球）
2. 选择第一个物体（立方体）
3. 点击工具栏上图标 或从主菜单选择 Objects->Boolean->Subtract
1-36
工作坐标系－概述
1-37
工作坐标系－应用举例（1）
现用一立方体上倾斜圆柱的创建过程来举例说明WCS的用法
1. 全局坐标系下的立方体
2. 绕Z轴旋转30°
3. 激活WCS，选中顶面
4. 让WCS与顶面对齐
续 1-38
工作坐标系－应用举例（2）
5. 选中顶点
6. 让WCS与顶点对齐
7. 选中棱边
8. 让WCS与棱边对齐
1-22
Case 1 & Case 2
1-23
Case 3 & Case 4
1-24
Results of Coaxial Resonator Meshing Experiments
1-25
Results of Coaxial Resonator Meshing Experiments
1-26
变换基点 特定参数
（随操作而异） 新物体材料设置
1-33
结构变换－效果举例
两次平移 （保留原物体）
原始物体
Z向缩小一半
四次平移 （不保留原物体）
依XOY平面镜像
绕X轴旋转90°
1-34
布尔运算－概述
CST MWS共提供了加、减、相交和插入四种布尔运算 立方体“加”圆球
两物体“相交”
两不同材料物体 （立方体和圆球）
• 允许误差<2.5%
1-7
球形谐振腔的例子
TM110 mode, s : 5.8E7 S/m. Analytic solution: f0: 261.82347 MHz, Q: 89899.1
HFSS Perf Geom 11分40秒
HFSS Segement 18 9分34秒
HFSS Seg 18 Perf Con
Perfect Con Segement 18
2.015
2.01
2.005
2
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Pass Leabharlann Baiduo
HFSS Perf Geom
11分40秒
HFSS Segement 18
9分34秒
HFSS Seg 18 Perf Con 2分54秒
1-28
Conclusion: Complex Object Construction
• 可以接受的 计算时间。
1-3
建立模型时应尽量分解、简化
• 去掉一些不必要的结构。例如，建 立波导的仿真模型只画出波导中空 气芯，而不需要画出金属部分。
• 模型应尽量简单。例如，一个带有 同轴转换接头的微带滤波结构，需 要把同轴转换接头和微带滤波结构 分开建立两个仿真模型；
Z0
K01
K12
K23
CST MWS中有两套坐标系统
1. 全局坐标系（X，Y，Z）
很多功能只针对它有效；
VS.
2. 工作坐标系（U，V，W） （简称WGS）
可方便的用它创建倾斜物体
全局坐标系
工作坐标系
所有WCS指令含义见下：
将WCS与所选面对齐
将WCS与所选棱边对齐
开/关WCS
旋转WCS
平移WCS
将WCS与所选点对齐
将WCS与所选3点对齐
1-42
旋转结构－螺旋的建模
1. 定义要旋转的截面
2. 旋转
3. 预览
定义旋转轴线.
- 椭圆截面 - 半径比 = 3
helix.mod
定义整个螺旋的圈数和高度. NOTE: 旋转方向依赖右手法则
4. 确定
5. 删掉刚才选的虚拟截面, 按 (D)
See also: Helices as Curves
续 1-39
工作坐标系－应用举例（3）
9. 将WCS沿V轴旋转30°
10. 在WCS下创建圆柱
11. 在Overlap提示框中将二者相加
12. 最终效果
1-40
创建第一个立方体
1. 点击工具栏上图标
2. 依次点击绘图平面，确定三个点
或从主菜单选择 Objects->Basic Shapes->Brick
• Sweeping a line around an axis or along a vector creates a sheet
• Sweeping a sheet around an axis, along a vector, or along a path creates a solid
• Boolean Operations Permit object unions, intersections, and subtractions – Remember the solid overlap issue? Boolean subtraction is one way to handle it.
说明:
MWS也可使用变量
2) 在历史记录中可以编辑方程:
对解析结构进行优化
enter your function and update history
For xxx = 1.5 To 10 STEP 0.5
yyy = 3*aaa/xxx + Sin(xxx^2)
3) 使用捕捉功能对解析曲线闭合
4) 由线到面
第一点
第二点
4. 第一个立方体创建成功！
第三点
3. 弹出设置窗口，点击“确定”
1-41
其它建模参数输入方式 在CST MWS中，还有另两种建模参数输入方式
1. 按TAB键，直接当前输入点的坐标
2. 按ESC键，在弹出窗口中输入所有参数
用TAB键输入 第二点坐标
用ESC键输入 立方体参数
灵活运用这三种方法，可以非常方便快捷的完成建模
线度比值<104
1-18
虚拟物体（2）
1-19
虚拟物体（3）
1-20
虚拟物体（4）
1-21
A Example of “dummy Object”
• Wang, C., et al., “Dielectric Combline Resonators and Filters,” IEEE MTT-S Int. Microwave Symposium Digest, Baltimore, MD, June 7–12, 1998, pp. 1315–1318.
1-43
拉伸生成扭曲波导
选择面
锥度角 = -5 度
1-44
选择要连接的2个面，以 生产新的结构物体
渐变操作
渐变操作
选择 -> Loft...
新物体的轮廓结构是根据 原来所选的面渐变而得的
说明: 即使2个参考面 不平行也可以操作
1-45
由解析曲线生成旋转体
1) 执行宏命令
Construct / Create 2D-Curve analytical (xy/uv)
– Most Booleans result in primitive deletion; use clipboard to preserve if necessary!
• The resulting object will have the name of the starting construction object
5) 旋转
analytic_curves.mod
1-46
1. 原始物体
倒角
4.b 设置倒角半径
5. 最终结果
2. 选中要倒角的棱边
3.b 倒圆角 点击工具栏上图标 或从主菜单选择 Objects->Blend Edges
4.a 设置倒角宽度
3.a 倒直角 点击工具栏上图标 或从主菜单选择 Objects->Chamfer Edges
1-16
例1计算长度为脊波导衰减常数。
s A=22.86 mm B=10.16 mm L=50 mm S=5 mm D=2 mm
d
b
L
a
1-17
虚拟物体“dummy” （1）
• 虚拟物体是指那些为了使网格划分更完美而引入的两维或三维物 体。
– 引入虚拟物体不影响原结构的介质特性； – 一般，虚拟物体在被计算结构的内部。
Results of Coaxial Resonator Meshing Experiments
1-27
模型中尽量使用理想材料
• 在初始计算或非精密 计算中，模型中的材 料一般都用理想材 料。 – 金属
理想导体
– 介质
无耗介质
Delta F
频率仿真计算误差（％）
2.04
2.035
2.03
2.025 2.02
K34
K23
K12
K01
1-4
去掉不必要的结构细节
• 去掉不必要的结 构细节
– 离开端口比较远 （<λ/8）
– 物体较小 （<λ/20）
1-5
避免两个结构过于靠近
在此附近，软 件自动建立精 细网格结构。 耗用大量的硬 件资源。计算 速度慢。
1-6
曲线边界尽量少使用真实表面
• 对曲线边界尽量少使用真实表面。使用 直线逼近的直线数也应尽量少。
1-29
基本3D结构汇总
球体
圆锥
圆柱
圆环 旋转
方块
椭圆柱
拉伸
1-30
2D图形输入
1. 点击工具栏上图标 或从主菜单选择 Curves->New Curve 创建新曲线
4. 预览无误后确定
点选“圆环” 2. 选取所需结构
3. 按ESC键，输入结构参数
生成圆环
输入圆环参数
其它2D结构构建方法类似
1-31
电子科技大学 贾宝富 博士
1-1
主要技巧
• 如何建立仿真模型 • 几何图形预处理技巧 • 使问题最小化 • 虚拟物体 • 网格划分
1-2
如何建立仿真模型
实际的微波 系统
仿真 模型
仿真模型不 一定与实际 微波系统相 同。
包含多种元件和 复杂的几何结构
• 硬件设备能 力的限制，如 内存、硬盘和 CPU速率等。
1-12
利用周期边界使问题最小化
1-13
利用对称性使被求解的问题最小化
• 利用对称 性使被求 解的问题 最小化
Symmetry
Perfect H
1-14
辐射问题空气盒尽量小
• 空气盒尽可能小
1-15
端口不能太长
• 端口不能太长 – 高次模衰减大于 20dB – 一般取λ/8~ λ/4 – 利用端口设置的 “Deembed”功能 恢复端口的实际 长度。
1-47
掏空
“掏空”功能对很多物体（如波导，喇叭，抛物面天线等）的建模都极为方便
1. 原始物体
5. 最终结果
4. 设置参数
2. 分别选中前后两个面
“壳”的创建方向
“壳”厚度
3. 从主菜单选择 2、Objects->Shell Solid or Thicken Sheet
1-48
目标的捕捉
在建模的很多地方都会用上目标捕捉（Objects->Pick） 可以省去坐标的计算和输入，精确定位
1. 建好物体
结构变换－概述
圆锥
2. 双击此物体，或在右边的NT上选中
！必须先选中 需要变换的物体
4. 打开变换窗口
3. 点击工具栏上图标 或从主菜单选择 Objects->Transform
1-32
结构变换－窗口详解
操
平移
作
类
放缩
别
旋转
镜像
是否以物体重心 为变换基点
变换重复次数
原物体是否保留 新物体是否单独命名
From a simple rectangular or circular cross-section, detailed figures of revolution, extrusions, or helices can be formed.
• Basic objects are created as primitives – Polylines: point, polyline (open or closed), arc – Sheets: closed polyline, rectangle, circle – Solids: Box, Cylinder – More complex objects are generated by manipulation of primitives
2分54秒
1-8
频率仿真计算误差（％）
2.5
2
1.5
Perfect Geom
Segement 18
1
Delta F
0.5
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Pass No
1-9
Q值仿真计算误差（％）
0
-0.5
-1
Delta Q
-1.5
Perfect Geom
Segement 18
-2
-2.5
-3
-3.5
-4
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Pass No
1-10
平面带状线结构尽量不画带厚度
• 平面带状线 结构尽量不
画带厚度
需要画厚度
• 两种情况例 外：
– 边缘耦合
– 带厚小于趋 肤厚度δ
不要画厚度
1-11
利用周期边界使问题最小化
• 可计算的最大尺度，一般小于 4λ。
• 利用周期边界使被求解的问题 最小化
捕捉中点
捕捉圆边点
捕捉一条“边” 得到这条边的长度
捕捉端点
捕捉圆心
捕捉棱边 捕捉面
捕捉面心
目标捕捉有一些很有用的功能，如：
捕捉一个“点” 得到此点三维空间坐标
立方体“减”圆球
进行不同布尔运算后的结果
将圆球“插入”立方体 （裁减）
1-35
布尔运算－操作步骤
1. 原始两不同材料物体
5. 回车确定
4. 选择第二个物体（圆球）
2. 选择第一个物体（立方体）
3. 点击工具栏上图标 或从主菜单选择 Objects->Boolean->Subtract
1-36
工作坐标系－概述
1-37
工作坐标系－应用举例（1）
现用一立方体上倾斜圆柱的创建过程来举例说明WCS的用法
1. 全局坐标系下的立方体
2. 绕Z轴旋转30°
3. 激活WCS，选中顶面
4. 让WCS与顶面对齐
续 1-38
工作坐标系－应用举例（2）
5. 选中顶点
6. 让WCS与顶点对齐
7. 选中棱边
8. 让WCS与棱边对齐
1-22
Case 1 & Case 2
1-23
Case 3 & Case 4
1-24
Results of Coaxial Resonator Meshing Experiments
1-25
Results of Coaxial Resonator Meshing Experiments
1-26
变换基点 特定参数
（随操作而异） 新物体材料设置
1-33
结构变换－效果举例
两次平移 （保留原物体）
原始物体
Z向缩小一半
四次平移 （不保留原物体）
依XOY平面镜像
绕X轴旋转90°
1-34
布尔运算－概述
CST MWS共提供了加、减、相交和插入四种布尔运算 立方体“加”圆球
两物体“相交”
两不同材料物体 （立方体和圆球）
• 允许误差<2.5%
1-7
球形谐振腔的例子
TM110 mode, s : 5.8E7 S/m. Analytic solution: f0: 261.82347 MHz, Q: 89899.1
HFSS Perf Geom 11分40秒
HFSS Segement 18 9分34秒
HFSS Seg 18 Perf Con
Perfect Con Segement 18
2.015
2.01
2.005
2
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Pass Leabharlann Baiduo
HFSS Perf Geom
11分40秒
HFSS Segement 18
9分34秒
HFSS Seg 18 Perf Con 2分54秒
1-28
Conclusion: Complex Object Construction
• 可以接受的 计算时间。
1-3
建立模型时应尽量分解、简化
• 去掉一些不必要的结构。例如，建 立波导的仿真模型只画出波导中空 气芯，而不需要画出金属部分。
• 模型应尽量简单。例如，一个带有 同轴转换接头的微带滤波结构，需 要把同轴转换接头和微带滤波结构 分开建立两个仿真模型；
Z0
K01
K12
K23
CST MWS中有两套坐标系统
1. 全局坐标系（X，Y，Z）
很多功能只针对它有效；
VS.
2. 工作坐标系（U，V，W） （简称WGS）
可方便的用它创建倾斜物体
全局坐标系
工作坐标系
所有WCS指令含义见下：
将WCS与所选面对齐
将WCS与所选棱边对齐
开/关WCS
旋转WCS
平移WCS
将WCS与所选点对齐
将WCS与所选3点对齐
1-42
旋转结构－螺旋的建模
1. 定义要旋转的截面
2. 旋转
3. 预览
定义旋转轴线.
- 椭圆截面 - 半径比 = 3
helix.mod
定义整个螺旋的圈数和高度. NOTE: 旋转方向依赖右手法则
4. 确定
5. 删掉刚才选的虚拟截面, 按 (D)
See also: Helices as Curves
续 1-39
工作坐标系－应用举例（3）
9. 将WCS沿V轴旋转30°
10. 在WCS下创建圆柱
11. 在Overlap提示框中将二者相加
12. 最终效果
1-40
创建第一个立方体
1. 点击工具栏上图标
2. 依次点击绘图平面，确定三个点
或从主菜单选择 Objects->Basic Shapes->Brick
• Sweeping a line around an axis or along a vector creates a sheet
• Sweeping a sheet around an axis, along a vector, or along a path creates a solid
• Boolean Operations Permit object unions, intersections, and subtractions – Remember the solid overlap issue? Boolean subtraction is one way to handle it.
说明:
MWS也可使用变量
2) 在历史记录中可以编辑方程:
对解析结构进行优化
enter your function and update history
For xxx = 1.5 To 10 STEP 0.5
yyy = 3*aaa/xxx + Sin(xxx^2)
3) 使用捕捉功能对解析曲线闭合
4) 由线到面
第一点
第二点
4. 第一个立方体创建成功！
第三点
3. 弹出设置窗口，点击“确定”
1-41
其它建模参数输入方式 在CST MWS中，还有另两种建模参数输入方式
1. 按TAB键，直接当前输入点的坐标
2. 按ESC键，在弹出窗口中输入所有参数
用TAB键输入 第二点坐标
用ESC键输入 立方体参数
灵活运用这三种方法，可以非常方便快捷的完成建模
线度比值<104
1-18
虚拟物体（2）
1-19
虚拟物体（3）
1-20
虚拟物体（4）
1-21
A Example of “dummy Object”
• Wang, C., et al., “Dielectric Combline Resonators and Filters,” IEEE MTT-S Int. Microwave Symposium Digest, Baltimore, MD, June 7–12, 1998, pp. 1315–1318.
1-43
拉伸生成扭曲波导
选择面
锥度角 = -5 度
1-44
选择要连接的2个面，以 生产新的结构物体
渐变操作
渐变操作
选择 -> Loft...
新物体的轮廓结构是根据 原来所选的面渐变而得的
说明: 即使2个参考面 不平行也可以操作
1-45
由解析曲线生成旋转体
1) 执行宏命令
Construct / Create 2D-Curve analytical (xy/uv)
– Most Booleans result in primitive deletion; use clipboard to preserve if necessary!
• The resulting object will have the name of the starting construction object
5) 旋转
analytic_curves.mod
1-46
1. 原始物体
倒角
4.b 设置倒角半径
5. 最终结果
2. 选中要倒角的棱边
3.b 倒圆角 点击工具栏上图标 或从主菜单选择 Objects->Blend Edges
4.a 设置倒角宽度
3.a 倒直角 点击工具栏上图标 或从主菜单选择 Objects->Chamfer Edges
1-16
例1计算长度为脊波导衰减常数。
s A=22.86 mm B=10.16 mm L=50 mm S=5 mm D=2 mm
d
b
L
a
1-17
虚拟物体“dummy” （1）
• 虚拟物体是指那些为了使网格划分更完美而引入的两维或三维物 体。
– 引入虚拟物体不影响原结构的介质特性； – 一般，虚拟物体在被计算结构的内部。
Results of Coaxial Resonator Meshing Experiments
1-27
模型中尽量使用理想材料
• 在初始计算或非精密 计算中，模型中的材 料一般都用理想材 料。 – 金属
理想导体
– 介质
无耗介质
Delta F
频率仿真计算误差（％）
2.04
2.035
2.03
2.025 2.02
K34
K23
K12
K01
1-4
去掉不必要的结构细节
• 去掉不必要的结 构细节
– 离开端口比较远 （<λ/8）
– 物体较小 （<λ/20）
1-5
避免两个结构过于靠近
在此附近，软 件自动建立精 细网格结构。 耗用大量的硬 件资源。计算 速度慢。
1-6
曲线边界尽量少使用真实表面
• 对曲线边界尽量少使用真实表面。使用 直线逼近的直线数也应尽量少。
1-29
基本3D结构汇总
球体
圆锥
圆柱
圆环 旋转
方块
椭圆柱
拉伸
1-30
2D图形输入
1. 点击工具栏上图标 或从主菜单选择 Curves->New Curve 创建新曲线
4. 预览无误后确定
点选“圆环” 2. 选取所需结构
3. 按ESC键，输入结构参数
生成圆环
输入圆环参数
其它2D结构构建方法类似
1-31