CST求解器详解
概述
在使用CST微波工作室来分析电磁问题时，需要根据具体的设计问题，选择合适的算法或者求解器
CST微波工作室集成了多种时域/频域全波算法和高频算法求解器
时域求解器（Time Domain Solver）
频域求解器（Frequency Domain Solver）
本证模求解器（Eigenmode Solver）
积分方程求解器（Integral Equation Solver）
高频渐进求解器（Asymptotic Solver）
多层平面矩量法求解器（Multilayer Solver）
计算电磁学中的几个基本概念
电尺寸的概念和电大、电中、电小尺寸的划分
电尺寸的定义是物体的几何尺寸除以波长，单位为波长。如一辆4.5米的小轿车，对于1GH的频率，其电尺寸是15个波长；而对于3GHz的频率，其电尺寸是45个波长。
电尺寸小于5个波长称为电小；大于5小于50称为电中；大于50小于500称为电大；大于500称为超电大
所有电磁放着算法的的仿真速度和精度均与被仿真物体的电尺寸直接相关。离开电尺寸来谈论某个电磁算法或者更狭隘地讲某个软件的仿真速度和精度均是无意义的。
计算电磁学的分类
计算电磁学主要研究的是电磁数值算法，分两大类：全波算法（精确算法）和高频算法（渐进算法）
全波算法：分时域全波和频域全波算法，直接求解麦克斯韦积分获微分方程，场区和源区均需要划分网格
高频算法：基于格林函数。仅有频域，仅源区需要划分网格
在给定的计算机硬件资源条件下，全波算法有其能够仿真的最大电尺寸限制；而高频算法则有其最小电尺寸限制
常用的电磁仿真算法
全波算法：有限差分法（FDM）、有限积分法（FIT）、传输线矩阵法（TLM）、有限元法（FEM）、矩量法（MoM）、边界元法（BEM）
高频渐进算法：物理光学法（PO）、弹跳射线法（SBR）
算法比较
一般地，FDM、FIT、TLM使用六面体体分割网格；FEM使用四面体体分割网格；MoM、BEM则使用三角面元面分割网格
常用的基于FDM、FIT、TLM的均是时域算法；基于FEM、MoM、BEM的则均是频域算法
网格数为N，CPU和内存需求满足如下关系：FDM、FIT、和TLM正比于
，FEM正比于
，MoM和BEM正比于
在相同仿真精度和给定计算机硬件资源下，对于电小问题优选MoM和BEM，对于电中则选FEM，对于电大则选择FDM、FIT、TLM最可取，而对于超电大，则只能选取高频算法。
做电磁仿真的工程师必须清楚地知道，没有万能的算法，只有适合于你特定问题的最佳算法
CST微波工作室集成了多种时域/频域全波算法和高频算法求解器
时域求解器--------Time Domain Solver
分为瞬态时域求解器（Transient solver）和TLM时域求解器（TLM solver）两种类型
瞬态时域求解器采用有限积分法（FIT），是CST微波工作室历史最悠久的核心求解器，其功能强大，应用范围广，广泛应用于各类微波器件和天线问题的设计分析
TLM时域求解器采用传输线矩阵法（TLM）这一新的算法，主要用于电磁兼容和电磁干扰（EMC\EMI）应用和天线布局问题。
频域求解器---------Frequency Domain Solver
频域求解器也是CST微波工作室中常用的求解器，有频域有限积分法和频域有限元法两种算法，二者之间推荐用户使用频域有限元法。
和瞬态时域求解器相同，频域有限元求解器也广泛应用于各类微波液器件和天线问题的设计分析。
本征模求解器-------Eigenmode Solver
求证摸求解器用来计算封闭器件内的谐振场分布，CST微波工作室提供了AKS和JDM两种算法的本征模求解器
主要应用于强谐振结构、腔体、窄带等问题的分析
积分方程求解器------Integral Equation Solver
积分方程求解器是CST较新引人的求解器（2006版引入），其采用多层快积极子法（MLFMM
），主要用于求解电大尺寸的结构的辐射和散射问题，可分析的结构尺寸可以达到几十甚至几百个波长，应用范围包含天线辐射、多天线的EMC/互扰分析、天线布局优化和目标物体的RCS研究
高频渐进求解器---------Asymptotic Solver
高频渐进求解器是在CST2010版引入的，主要用来仿真电尺寸超出积分求解器的仿真范围的模型。高频渐进求解器采用的算法是弹跳射线法SBR（Shooting Bouncing Ray），属于物理光学算法中的一种，他可以及其高效地仿真电尺寸高达成千上万个波长的器件。
多层平面矩量法求解器----------Multilayer Solver
该求解器是在2012版CST微波工作室引入的，专用于多层平面结构的矩量法求解器。该求解器支持开放辐射边界条件，自动进行边缘处网格加密，自动进行端口的去嵌处理。叠层结构可以直接从三维结构获得，可以不是严格的平面结构。特别适用于平面微带天线、平面结构滤波器、微波毫米波集成电路（MMIC）、低温共烧陶瓷（LTCC）电路以及平面馈电网络的仿真设计
常用求解器介绍
时域求解器--------Time Domain Solver
时域求解器是CST微波工作室中的核心求解器，其历史最悠久、易用范围最广。时域求解器对时域信号采用离散傅里叶变换（DFT），可以一次仿真计算得到整个宽带的S参数和选定频率的场分布
广泛应用于各类微波无源器件、天线、天线阵列、RCS和SAR的仿真设计与计算分析
时域仿真器有两种类型：采用有限积分法的瞬态时域仿真器和采用传输线矩阵法的TLM时域仿真器，CST传统意义上的时域仿真器是有限积分法瞬态时域仿真器
时域求解器-------相关设置
Mesh Type
Hexahedral--采用有限积分法的瞬态时域求解器
Hexahedral TLM--采用传输矩阵法的TLM时域求解器
Accuracy
用于设置求解精度
瞬态时域求解器以1w功率的高斯脉冲信号对结构进行激励，当信号能量衰减到趋于0时，分析结束。其中，结束时的能量和激励信号能量之比就是在此处的Accuracy 影响仿真分析的时间和求解精度
Source Type 和Mode设置要分析的端口和模式
S-parameter setting：设置S参数的归一化阻抗和互易性
Adaptive mesh refinement：设置自适应网格隔分，提高分析结果的准确度
Sensitivity analysis：敏感度分析
Star：运行仿真分析
Optimizer：打开优化设计对话框设置
Par.Sweep：打开参数扫描分析对话框设置
Acceleration：GPU加速、及分布式的设置
Specials：仿真器的一些特殊设置
Simplify Model：模型的以下简化设置
Apply：保存/应用当前设置
Close：关闭对话框
Help：打开帮助文档
频域求解器------Frequency Domain Solver
频域求解器也是CST微波工作室的核心求解器之一，广泛应用于各类微波无源器件、天线、天线阵列、RCS 和SAR的仿真设计与计算分析
Broadband sweep：1.包含General Purpose——通用求解器：与时域求解器相对应，最常用的频域求解器；支持六面体网格（有限积分法频域算法）和四面体网格（有限元法频域算法）；2.Resonant：Fast S-Parameter：专门针对滤波器之类的强谐振结构的分析，只计算S参数不给出任何场；3.Resonant：S-Parameter，Field：专门针对滤波器之类的强谐振结构的分析，不仅计算S参数，同时计算场
Mesh type：1.Tetrahedral（有限元法的频域求解器）；2.Hexahedral（有限积分法的频域求解器）
Source Type和Mode：设置要分析的端口和模式
S-parameter setting：设置归一化阻抗
Frequency Samples：频域分析时，设置需要分析的频点数以得到整个频带内的性能
Monitor：设置要计算场分布的频点
Single、Automatic、Equidistant、Logarithmic：设置频点分布类型
Use Broadband frequency sweep：一种特殊的扫频技术，以较少的频点数得出整个频带内的扫频性能
通用设置：Automatic+Use Broadband frequency sweep这样求解器自动选择频点，能以最少的频点得到整个频带内的扫频性能
本征模求解器-----Eigenmose Solver
本征模求解器主要用来计算封闭器件内的场分布，例如谐振腔体的分析，可以用分析给出封闭结构器件的谐振频率、谐振频率处对应的场，以及Q
CST微波工作室提供两种不同的本征模求解器AKS和JDM
JDM求解器更加稳定，但是计算多个模式时，AKS求解器更加快速，所以计算模式少时推荐使用JDM求解器，计算模式较多时推荐使用AKS求解器。
对于本征模求解器，在建模和分析时是不需要定义激励端口的
Mesh Type：Tetrahedral Mesh（有限元算法），Hexahedral Mesh（邮箱积分算法）
Method：JDM—有耗问题，模式数较少的无耗问题；AKS—模式数较多的无耗问题
Modes：计算前N个模式；对于AKS求解器，一般要比实际的要多几个模式数
Q-factor calculation：计算Q值和损耗材料的处理
总结
瞬态时域求解器应用最广泛，多数情况下可以选择该求解器，尤其对于宽带问题，仿真分析速度较快
通用频域求解器与瞬态时域求解器相当，对于窄带强谐振问题，使用该求解器分析速度比时域求解器要快
封闭结构的写真问题分析，通常需要使用本征模求解器