CST SAM多物理场滤波器仿真实例 - 发夹滤波器仿真

本期我们介绍SAM多物理场仿真的流程，以一个发夹滤波器为例，演示完整的多物理场仿真。

什么是多物理场仿真

电磁学与其他物理场有着紧密的联系，包括力学和热力学。因此，从电机和发电机到电磁炉和微波炉，多物理场分析成为众多不同组件设计的必需。在许多情况下，电效应和磁效应难以与热效应和机械效应分开，例如，大功率滤波器在使用时会发热，这样会导致滤波器产生热形变从而影响滤波性能。 

为计算这些错综复杂的热效应和力效应， CST工作室套装提供稳态热求解器、瞬态热求解器、共轭热传递(CHT)求解器和结构应力求解器。这些多物理场求解器与电磁求解器紧密配合，并且使用系统装配和建模(SAM)架构即能自动设置仿真。通过SAM，计算出的温度分布和形变能传递回电磁仿真，供开展敏感度分析，也能进行收敛性分析，用于计算包含电磁-热反馈回路的器件的稳态解。

为支持多物理场仿真，CST工作室套装支持一系列非线性和温变材料。对MRI和RF透热疗法等生物学应用，身体组织的独特热属性，如随身体温度变化的血流的冷却效应，可能会给体内温度造成严重影响。包括生物热传导方程在内的热求解器能对安装到人体内的装置开展真实仿真。此外，共轭热传递(CHT)求解器还具备计算流体动力学的功能，能仿真流经器件的空气流，以便为电子器件的散热进行建模。与SIMULIA(R)的链接，进一步增强和拓宽了CST的多物理场应用。

滤波器多物理场仿真实例

这里我们先创建一个微带线发夹滤波器模型，如下图所示：

必须注意的是，因为是多物理场仿真，所有的材料除了设置常规的电参数以为都要选择合适的热和结构参数，如下图所示：

包括背景材料的空气也要由真空改成空气，如下图所示：

设置完材料后，点击Schmatic页面如下图所示：

在CST的设计工作室中开始进行多物理场流程的创建。

STEP1 创建电磁仿真任务：

如上图选择设置第一个电磁场仿真的任务，点击确定，设置完成后会在左侧导航栏多task下多了一个仿真任务EM_simulation，如下图所示：

我们双击上图的EM_simulation图标，进行电磁仿真的设置，由于我们后面要进行多物理场的计算，所以我们需要设置一个powerloss监视器，如下图所示：

然后我们直接完成滤波器的电磁仿真得到滤波器的S参数和loss场分布，这里我们用F（有限元）求解器进行仿真，如下图所示：

得到的电磁仿真结果如下：

损耗场分布如下：

为了进行下一步的热损耗计算，需要进行热损耗设置，如下图所示：

这样就完成了第一步的电磁仿真工作。

STEP2 创建热仿真任务：

设置热源，为上一步电磁计算得到的损耗，如下图所示：

上图中，我们选择热源来自电磁仿真的热损耗，并将功耗放大了10倍。直接开始仿真如下图所示：

仿真完成后，得到热分布如下图所示：

STEP3 创建结构仿真任务：

如同前两部我们再创建第三个子仿真任务，如下图所示：

仿真完后点击下图Displacement，显示形变，并把显示放大20倍，如下图所示：

夸大之后的形变如下图所示：

STEP4 创建电磁敏感性分析仿真任务：

然后再一次运行软件，比较热变形之后的滤波器结果，与初始结果进行对比，如下图所示：

就这样，一个完整的多物理场流程就介绍完了。我们来看一下SAM流程的所有的task的情况，如下图所示：

除此之外还可以导出结构形变后的网格，再导入到三维模型中进行仿真。首先我们将形变的结构选中，再导出Mesh(STL)文件，如下图所示：

重新打开一个电磁仿真任务，如下图方式导入STL网格。

上图的模型已经是形变之后的结构了，用新导入的网格结构替换原来的结构模型部分，重新进行一次仿真，就完成了更精确的形变前后的对比。两种分析的区别就在于前者适合微小的敏感性分析，后者更适合比较大的形变。到这里，我们的本期的多物理场仿真流程就结束了。