Matlab自动批量导出CST仿真的S参数（含Matlab代码）

目录

背景

步骤

Matlab控制语句

actxserver

invoke

CST的VBA对象及方法

Project

Plot1D

ASCIIExport

Matlab代码

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阅读本文，你可能解决什么？

• 如何自动批量导出CST仿真的S参数数据？

• Matlab如何调用CST的VBA对象？Matlab如何设置VBA对象的方法？

阅读本文，你可能收获什么？

• Matlab控制CST的逻辑

• Matlab编写的自动导出S参数的类代码

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背景

        在进行频率选择表面（Frequency Selective Surface，FSS）、超表面等的仿真设计时，通常需仿真得到无限大周期阵列的散射参数（通常简称S参数）。 CST 中 unite cell 的周期边界条件，除了可以方便仿真沿 x 、 y 正交方向矩形周期排列的结构（图1），也可支持非正交（周期平移方向之间的夹角≠90°）结构，如正六边形排列的蜂窝结构，其构造的结构对称性更好，性能稳定。

​图1 CST自带的FSS圆环谐振器（FSS Ring Resonator）

        如图2所示，S 参数涉及的维度如下：

• 极化：主极化分量：TE ←TE / TM ←TM ；交叉极化分量： TM ← TE / TE ← TM

• 端口：S21：2端口出射与1端口入射的电场比值 ， S11：1端口出射与1端口入射的电场比值

• 角度：入射电磁波的θ和φ角

• 频率：入射电磁波的频率

图2 主极化TE的S21曲线

        如图3所示，CST 中单个窗口可同时显示多个入射角度下 S 参数随频率的变化，极化和端口维度组合得到8组S参数，每组数据需单独导出、命名、保存，费时费力。

图3 CST仿真的S参数

        CST 内嵌宏文件，其使用 VBA 语言编写，通过编写对应的代码，可实现一定的自动导出功能，但有一定的学习成本。 Matlab 是理工科学生常用的一款编程软件，可方便进行数据的批量处理，通过下文的学习，也可很方便的与 CST 交互，实现自动化混合仿真。

        以 CST 仿真的 S 参数导出为例， Matlab 可控制 CST 自动导出所有的数据，当然也可批量导出多个 CST 文件的 S 参数数据，摒弃单调的重复操作。更重要的是，在掌握其背后的控制逻辑后，可以用 Matlab 开发更高级的控制脚本，通过混合仿真，将二者的功能发挥到极致。

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        以 CST 仿真数据自动导出为例， Matlab 与 CST 的交互主要涉及：

控制语句： Matlab 与外部软件接口的通信

VBA对象及方法： CST 内部模块及属性

        借助 CST 自带的帮助文档，可快速查询 CST 支持访问的控件及其属性信息。

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步骤

1. 创建一个本地 OLE 自动化服务器，获取CST接口的句柄；

2. 打开CST文件；

3. 选中CST界面中仿真的S曲线；

4. 在标题栏【1D Plot】界面，设置【Plot Type】，包括：'Linear'，'dB'，'Phase'，'Real'等，约定导出数据的形式，如幅度值是按dB还是按线性值导出；

5. 打开【Post-Processing】界面的【Import / Export】选项，按【Export】的【Plot Data (ASCII)...】格式，导出、保存数据。

        以上步骤涉及Matlab的控制语句和CST的VBA对象设置，简介如下。

Matlab控制语句

        步骤1~2)涉及CST组件对象服务器创建，获取CST接口，用以打开CST工程。

actxserver

        创建组件对象模型（Component Object Model, COM）服务器，返回服务器默认接口的句柄。查询Matlab帮助文档，其语法如下：

语法
c = actxserver(progid);

        创建一个本地 OLE 自动化服务器，其中progid是与 OLE 兼容的 COM 服务器的编程标识符(ProgID)。此函数返回服务器的默认接口的句柄。

示例

com_cst = actxserver('CSTStudio.application');

创建一个CSTStudio服务器，返回CST的默认接口句柄。

invoke

        调用 COM 对象或接口上的方法或显示方法。查询Matlab帮助文档，其语法如下：

语法

S = invoke(c,methodName，value);

        调用methodName指定的方法并在结构体数组中返回输出值（如果有）。该方法确定返回值的数据类型。

        如果此方法返回 COM 接口，则invoke函数将返回一个新的 MATLAB COM 对象来表示该接口。

示例

mws = invoke(com_cst,'OpenFile', name_cst);

调用CST接口打开文件的方法（OpenFile），打开变量name_cst名称的CST文件。

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CST的VBA对象及方法

        CST控件及属性查询见其帮助文档。可以先点击CST界面最上方标题栏的【File】，然后在界面左侧找到【Help】，在点击中间栏上方的【Help Contents】进入到CST Studio Suite Help的网页版帮助文档。如下图所以，依次单击【Automation and Scripting】—【Visual Basic (VBA)】—【3D Simulation VBA】—【VBA Objects】—【VBA Objects Overview】，打开CST的VBA对象的界面，见图4。

图4 CST的VBA对象

        步骤3~）5涉及CST中的VBA对象有：Global中的【Project】，Plot中的【Plot1D】，Import / Export中的【ASCIIExport】。每个VBA对象具体需设置的方法（Methods）介绍如下：

Project

        如下图5.a，选中CST界面某条S曲线仿真结果，对应图5.b中VBA对象需使用的方法为'SelectTreeItem'。

代码如下：

SelectTreeItem = invoke(mws,'SelectTreeItem','1D Results\S-Parameters\SZmax(1),Zmax(1)');

​图5.a CST界面选中的S曲线

​图5.b VBA Objects-Global-Project-Results Plotting

Plot1D

        如下图6.a，CST界面对选中的S曲线设置画图类型，对应图6.b中VBA对象需使用的方法为'PlotView'。

代码如下：

plot1D = invoke(mws, 'Plot1D');% 
invoke(plot1D, 'PlotView', 'magnitudedb');

图6.a CST界面选中曲线的类型

图6.b VBA Objects-Plot-Plot 1D

ASCIIExport

        如下图7.a，CST界面导出数据的操作，对应图7.b和7.c中VBA对象需使用的方法为'Reset'，'FileName'  和'Execute'。

代码如下：

ASCIIExport = invoke(mws,'ASCIIExport'); 
invoke(ASCIIExport,'Reset'); 
invoke(ASCIIExport,'FileName','TE_S11_Am.txt'); 
invoke(ASCIIExport,'Execute');

​图7.a CST界面导出数据操作

图7.b VBA Objects-Import/Export-ASCIIExport-FileName

图7c VBA Objects-Import/Export-ASCIIExport-Execute

Matlab代码

      为了方便代码维护，可自定义CST导出数据的类，方便后续增加导出数据的种类，如导出CST的远场、RCS仿真数据等。

ClassCSTExport.m

classdef ClassCSTExport < handle
    
    properties
        filepath;% CST文件目录+文件名
        savepath;% 数据导出存放目录
    end
    
    
    methods
        function obj = ClassCSTExport(filepath,savepath)
            obj.filepath = filepath;
            obj.savepath = savepath;
        end
        
        
        function SParameter(obj)
            filepath = obj.filepath;
            exportpath = obj.savepath;
            if ~exist(exportpath,'dir')% 导出数据存放目录，如不存在，创建目录
                mkdir(exportpath);
            end
            
            cst = actxserver('CSTStudio.application');
            mws = invoke(cst,'OpenFile', filepath);% 打开一个MWS项目
            
            % 读取端口设置，并自动判断输入端口
            SelectTreeItem = invoke(mws,'SelectTreeItem',['1D Results\S-Parameters\',['SZmax(1),Zmax(1)']]);
            
            if SelectTreeItem == 1% 如果存在'SZmax(1),Zmax(1)'，输入端口为Zmax
                % max为输入端口
                str_S11_TE_TE = ['SZmax(1),Zmax(1)'];
                str_S21_TE_TE = ['SZmin(1),Zmax(1)'];
                str_S11_TM_TM = ['SZmax(2),Zmax(2)'];
                str_S21_TM_TM = ['SZmin(2),Zmax(2)'];
                lable_S11_TE_TE = 'S11_TE';
                lable_S21_TE_TE = 'S21_TE';
                lable_S11_TM_TM = 'S11_TM';
                lable_S21_TM_TM = 'S21_TM';
                exportpathname_S11_TE_TE = [exportpath,'\',lable_S11_TE_TE,'.txt'];
                exportpathname_S21_TE_TE = [exportpath,'\',lable_S21_TE_TE,'.txt'];
                exportpathname_S11_TM_TM = [exportpath,'\',lable_S11_TM_TM,'.txt'];
                exportpathname_S21_TM_TM = [exportpath,'\',lable_S21_TM_TM,'.txt'];
                
                
                CstExportSpTXT(mws, str_S11_TE_TE, exportpathname_S11_TE_TE);
                CstExportSpTXT(mws, str_S21_TE_TE, exportpathname_S21_TE_TE);
                CstExportSpTXT(mws, str_S11_TM_TM, exportpathname_S11_TM_TM);
                CstExportSpTXT(mws, str_S21_TM_TM, exportpathname_S21_TM_TM);
            elseif SelectTreeItem == 0 % 否则，输入端口为Zmin
                % min为输入端口
                str_S11_TE_TE = ['SZmin(1),Zmin(1)'];
                str_S21_TE_TE = ['SZmax(1),Zmin(1)'];
                str_S11_TM_TM = ['SZmin(2),Zmin(2)'];
                str_S21_TM_TM = ['SZmax(2),Zmin(2)'];
                lable_S11_TE_TE = 'S11_TE';
                lable_S21_TE_TE = 'S21_TE';
                lable_S11_TM_TM = 'S11_TM';
                lable_S21_TM_TM = 'S21_TM';
                exportpathname_S11_TE_TE = [exportpath,'\',lable_S11_TE_TE,'.txt'];
                exportpathname_S21_TE_TE = [exportpath,'\',lable_S21_TE_TE,'.txt'];
                exportpathname_S11_TM_TM = [exportpath,'\',lable_S11_TM_TM,'.txt'];
                exportpathname_S21_TM_TM = [exportpath,'\',lable_S21_TM_TM,'.txt'];
                
                
                CstExportSpTXT(mws, str_S11_TE_TE, exportpathname_S11_TE_TE);
                CstExportSpTXT(mws, str_S21_TE_TE, exportpathname_S21_TE_TE);
                CstExportSpTXT(mws, str_S11_TM_TM, exportpathname_S11_TM_TM);
                CstExportSpTXT(mws, str_S21_TM_TM, exportpathname_S21_TM_TM);
            end
            
        end
    end
end

附：

Matlab App界面

        为方便使用，可以使用Matlab编写简单的App（图8），将代码集成、封装，统一维护、升级，后续也可根据需要，不断扩充App的功能，分享给需要的伙伴使用。

​图8 App界面