CST基础044-时域求解器
CST是Computer Simulation Technology的缩写,是一款被广泛使用的高端电磁仿真分析软件。CST基础使用系列文章共计有100多篇,主要讲解CST仿真分析时常用的基础操作和基本使用技巧,帮助用户更好的理解和掌握CST的使用。
时域求解器设置操作命令:Simulation > Solver > Setup Solver。
CST中经常使用的Time Domain Solver按字面意思就是时域求解器。那么在什么时域用什么方式进行仿真呢?
首先从设置频率开始:设置关注的频率范围时,Excitation Signal的长度和形状会改变。因为用时域进行仿真分析,所以会采用和仿真频率成分相关的时间信号。
通过频率设置得到的Excitation Signal会连接到所设置的Port1,然后在仿真模型中,信号一部分反射,一部分传递到Port2,或消耗为Loss,或辐射到仿真空间外。换句话说,连接到端口1的信号不管怎样会在计算区域被消耗。仿真空间内的信号总量经过消耗变成0时,这意味着不会再有能量变化,所以仿真结束。此时,再将获得的时域中的反射、传输信号等转换为频域,得到的结果就是我们常用的S-Parametero。
这里可能会产生一个疑问,怎样确定信号总量归零的时间?如果要达到信号完全归零,可能需要进行非常长时间的仿真分析因此,可以输入Accuracy表示接近0值的程度,比如,将信号总量衰减到0.001为止看做是归零的状态,那么Accuracy设置为-30dB即可。
要查看是否达到了所设置的Accuracy,就要通过导航树中的Energy结果进行确认。下图是Accuracy设置成-30dB时的Energy结果。时域的仿真进行到该Energy值达到设定的Accuracy时停止。
还有另外一种终止仿真的方法一一就是对Maximum solver duration进行设置,不好收敛的仿真结构可以采用此方法来结束仿真。在Setup Solver - Special一 Steady State中进行此项设置,默认设置是Number ofpulses20,这意味着在20个周期的脉冲信号时间内进行仿真分析,如果该时间内无法实现能量收敛,仿真也会终止。下面章节的内容将会介绍准确进行仿真所需要确认和设置的事项。
Time Domain Solver中确认仿真结果是否准确的方法是确认时域仿真是否收敛的。
通过Time Domain Solver进行仿真分析时,可能会遇到如右图所示的警告提示。警告内容为:仿真不是因为Energy值达到设定的Accuracy而结束,而是因为设置的Maximum solver duration达到限制时间而结束,所以可能会出现不准确的仿真结果。从提示中可以看到,仿真要取得准确的结果,就需要Energy达到Accuracy的设置值后仿真结束才行。要使Energy达到收敛值,可以将限制时间: Setup Solver 一Special一SteadyState中的Maximum solver duration的脉冲数量设置为更大值。
此外,还可以通过1D Results的Balance结果来确认仿真准确性。Balance可通过左侧下方的公式计算得到。仿真无源元器件时,Balance值不能大于1。但是,如下图红色曲线所示仿真没有达到Accuracy或网格划分稀疏会导致Balance值出现大于1的情况。这意味着仿真结果不准确,所以需要将Maximum solver duration设置为更大的值,或者网格加密一些,以便Energy达到Accuracy。