cst学习网格知识文库

1、Mesh view网格视图中的导航树:当进入网格视图时导航树就会发生变化.所有的结果后处理文件,取而代之的是网格控制文件夹.如图,在此文件夹里,所有用户自定义的固定点都列了出来,他的位置和方向都将影响网格密度.圆括号里是有效方向,方括号的数值表示与网格产生器无关.Expanded critical cells/areas:在物体网格化后,可能会出现一些网格细胞不得不全部填充为 PEC.这时一个警告将出现在窗口的上方.Fixpos and density posFixpos:自动网格产生器将寻找结构的重要点,并在此创建固定点.如果需要,此处将生成网格结点.当网格视图被激活,固定点将以红点表示.D

2、ensity control pos:自动网格产生将通过这些控制点在特定区域加密网格.密度控制点以黄点表示.User defined fixpos:通过创建用户自定义固定点,网格的产生将更加灵活.用户自定义的固定点可在模型的特有点上创建.它们与模型结构相关,并 允许高级网格技术以全参模型进行控制.在想要进行控制的物体中,物体可通过使用下列工具设置固定点.您可以定义这些固定点的方向，使之更加有效。这种操作可通过context或者选择Controlling the mesh for specific structure elements:可对一些结构元件进行具体的网格控制数值设置.这可通过选择相关

3、物体,选择来实现.对于一物体,若进行了具体网格特性设置,在网格视图里,物体将以 图标显示,若子网格被采用,则以 显示.Priorities:优先级定义着不同物体的重要性.如果一个物体的优先级高于另一个物体,它的网格需求将优于另一个.um mesh step width:对仿真来说很要的物体,每个方向上的最大阶跃宽度可具体设置.Manual mesh generation:除了自动网格产生器,人工网格产生模式也是可以利用的.一旦人工网格操作激活.自动网格产生器将自行关闭.依据激活的模式,用户可以通过单击直线终点或圆边界来人工增添固定点.在选择适当项目后,新的固定点将创建在具体的位置.用户可通过

4、DEL 键来删除,也可在 Fixpo s list 中直接操作.选好两固定点后(先选一点,按住Ctrl 键,再选一点),用户可在 Fixpos list框中增加中间固定点.Mesh Properties每波长划分的点数(Lines per wavelength): 参数Lines per wavelength 描述了场的空间采样率。将 Lines per wavelength 设为 10，表示对沿着某一坐标轴的平面波进行下少10 次采样。此时，系统会自动考虑由于材料的变化而引起的波长的改变。所以波长除以此参数决定了最大网格步长。结构线度上最小网格点数( Lower mesh limit ):

5、结构线度(即最长对角线长度)除以参数Lower mesh limit 就是最大网格步长.最大网格与最小网格之比(Mesh line ratio limit)或者最小网格步长(Smallest mesh step):参数 Mesh line ratio limit 决定了最大和最小网格步长的比率。由于网格线一定要经过固定点，故最小网格步长通常是由结构的局部决定的。如果不设定最低限制，将会生成很小的网格步长，因而严重影响仿真效率。所以，当最大网格步长一定时(此值由上述两个参数决定)，参数 Mesh line rafio limit 决定了最小网格步长。当结构的局部很小，因而生成了很密的固定点时，网

6、格线可以不经过所有的固定点。下图解释了参数 Meshline ratio limit 的含义:该图中的 dy 表示最小网格步长，而 dx 表示最大网格步长。所以，需要将参数 Mesh line rafio limit 设得足够大，使得网格比率至少为 dx/dy.否则，相距最少网格步长 dy 两根网格线将合为一根线。从上面的分析可以看出，必须仔细调整参数 Mesh line ratio limit 的值。该参数设得太小将不利于网格对结构局部的分辨。另一方面，该值太大会使得网格步长太小而严重影响仿真性能。作为参数 Mesh line ratio limif 的另一个选择，最小网格步长(Smalle

7、st mesh step)的大小也可以作为全局网格设置而直接设定。网格属性方向的网格线数。框还将显示统计的网格总数、最小和最大网格步长以及沿着坐标轴任一在网格属性框中点击Spels 按钮，进入特殊网格属性(Spel Mesh Properties ) 设网格总数网格的最大间隔网格的最小间隔系统(进行网格全局控制)最小网格步长(Smallest mesh step)最大网格与最小网格之比(Mesh line ratio limit)结构线度上最小网格点数( Lower mesh limit )(适用于电小尺寸)每 波 长 划 分 的 点 数 (Linesper wavelength),适用于电大

8、尺寸置框，在该注：此框中，可以对系统进行进一步的设置。框为网格的全局设置框。对于电大尺寸，参数每波长划分的点数(Linesper wavelength)的影响非常大。所以在进行频率设置时，最大频率不能设置得太大，否则网格数目会急剧增加。频带宽只能缩号源激励的时间，却不能减少网格计算的时间，相反对于电大尺寸却大大增加了网格计算的时间。所以建议频率设置为物体结构最大频率的 1.2倍左右！Spel Mesh Properties通过此框的一些设置来控制自动网格产生器.下面将对此设置进行解释.Equilibrate mesh 创建一种从最小长度到最大长度进行平滑转变的模式,这就降低了散射,也增加了模拟

9、场的空间平滑度。可以减少相邻网格步长的局部比率，使得网格密度的变换更加平缓。Use singularity mfor PEC edges:根据模型激活 PEC 边缘的拐角修正。采用特殊模型来改进对 PEC 以及损耗金属边缘奇异性的建模。激活该功能，将显著降低这些边缘附近的网格密度要求，并可获得指定的精度。PBA:PBA 技术Staircase mesh: 非常经典的有限差分 Staircase 技术,适用与表面物体与导入物体. 我们并不提倡您将全局网格类型( Mesh Type )设置为Staircase mesh，除非导入的 CAD 模型的误差使得 PBA 网格失效。GeneralFixpo

10、s at ends of straight lines:使用此选项,网格产生器会在你所画的结构种搜寻直线与网格线平行的直线边角,并在其终点创建固定点.Fixpos at centre of elliptical lines:此选项让网格产生器在模型中搜寻任何一个圆或者椭圆边缘,若发现,则网格产生器在其原点处设置一固定点.Fixpos alipse bounds for ellipse diameter largern:此选项,在你画的结构中,网格产生器会寻找任何一个与网格面平行的椭圆获圆的边缘.如果半径小于给定的数字,那么产生器将在边缘处设置固定点.在有固定点的地方,椭圆或圆的边缘必须满足虚构

11、的矩形边框,这些方框必须与网格线平行,并且排成一行.Fixpos for wires:此选项使网格产生器寻找任何一个始端或终端线或离散端口,并在此设置固定点.如果使用了离散端口,此选项必须打钩,因为离散端口通常与网格相关,所以如果端口的始端和终点没有网格点,这些点会转到下一个网格结点中.Fixpos inside shs with lessn:使用此项,是为了避免很稠密以及不规则网格,当处理大的结构或者很多细节的物体.对于这样的物体,只在物体边界产生固定点.Merge Fixpos on thin PEC and lossy metal sheets:使用此选项,可以避免在薄金属线上隔得很近的

12、网格线.这样可以节省仿真时间,但却与 PBA 技术具有相同的精度.Generate Fixpos for background material:在要计算区域的物质创建固定点.RefinementFixposRefine at PEC/lossy metal edges by factor:此选项用于增加在 PEC 或有耗金属边缘的取样.在这些边缘,迫使自动网格以给定的因子增加网格密度.这个选择项非常 有用,因为在金属边缘上,理论上可获得电磁场的异常变化,这意味着,靠近边缘处,电磁变化很大,因此我们必须比其他地方取样的数据.如果固定点位于直线或椭圆线上,网格产生器又将有所不同,因为对于直线来说

13、,两相互垂直的坐标方向的网格相互影响,而对椭圆线来说,ConsidEC/lossy metal edges along coordinate axes only:使用此选项,可减少沿着弯曲结构的网格密度. 因为需要沿着曲边加密，所以通常不需要激活该选顶。Wa velerigth refinement 选项使得网格可以根据相应的材料属性在介质处自动加密，以满足前面介绍的 Lines per wavelength 的要求。缺省条件下，该选项处于激活状态，在处理高频算例时，一定要激活该选项。注:此选项对网格调整非常有用,若电磁场在导体周围比较强,那么这个选项的数值应进行调整,直到导体周围的网格密度达

14、到自己满意的程度.Convert geometry data after meshing:当矩阵设置好后,为后处理准备好几何数据. Use TST cells:激活 TST(薄导体网格划分技术)技术.Use subbgridding:激活 MSS(多层子网技术).Always exclude PEC regions:对于 PEC 区域不与画网格.Fill limit:此选项是指一个网格里填充 PEC 的百分比体积.每一个网格区域填充的 PEC超过此比例就被认为是完全填充.设置这个选项的原因是具有很少的非PEC 部分的网格会引起仿真结果的不稳定性,这种情况应该降低此百分比,以得到比较稳定的结果.

15、Poaccuracy level:定义精确度以区别模型中的两点.使用默认的 0%可以快速二准备建立矩阵.当在网格化的过程中遇到问题时可增加其精确度.100%的精确度意味着使用内建CAD的最高的准确度,但会降低矩阵建立的速度.Defaults:将所有设置还原为默认数值.Mesh properties for selected shs当进行完全局网格参数的设置后，考虑到对仿真时间和内存需求的限制。您可以对网Advanced格的分布密度进行局部设置，这样网格的分布将更加有效。网格类型：每个物体的结构类型描述都不相同。缺省条件下，采用的是全局设置，spel框(通常 PBA)中进行选择。对于导入的残缺数

16、据，如果修复算法(healing algorithm)失效，或者是很大很复杂的 CAD 导入，切换至全标准的阶梯网格即可解决该问题。优先级：优先级(Priorify)的设置决定了与其他几何体相比时，该儿何体的固定点的优先级。如果不同物体的两个固定点离得太近，由于最大网格步长与最小网格步长之比的限制，系统将没法将它们全都分辨出来，此时通过优先级较低的固定点的网格线将被合并到通过优先级高的固定点的网格线。手动设置固定点：关闭 Corrsrder for aufomesh 选项后可以避免生成太多的固定点。当然，您可以在任意位置手动设置固定点。在网格视图 C Mesh view)下，执行该操作可以为生

17、成结构，创建固定点。手动设置的固定点是蓝色的点，而且在网格优先级列表中有着最高的优先级。Use local edge refinement:此选项用来进行被选物体的边缘网格加密. Use local volume refinement:此选项用来进行被选物体的网格体加密.Use subgridding for volume refinement:将此选项打钩激活,这使得全局参数设置中MSS技术有效,这也使得网格的生成更加有效.Extendange:此表示场强在此物体xyz方向上延伸的距离.此选项非常有用,一般物体周围的场强比较大,远离物体场强会变弱.所以物体周围的网格应该密集一些,而远离物体的

18、网格应稀疏一些.因此全局参数设置时应将网格设置稀疏.然后进行物体局部网格设置.此时 xyz 方向延伸的距离就非常重要了.在 xyz 方向延伸的长度各方向上最大网格间距使用 MSS 技术局部物体空间加密局部边缘加密计入自动网格生成物体网格的优先级网格类型注:网格的局部参数设置对网格分布是非常有效的,特别是边缘加密,体加密和 MSS 技术和 xyz 方向的延伸.Advanced Mesh strategy在有限积分法中,cst 提供一些高级网格技术,这是为了提高物体的灵活而细致的空间离散.非常有必要知道仿真物体的网格解决方案,特别是对小物体和具有重要边界的物体,而这些物体对总的网格点又有限制.Pe

19、rfect Boundary Appoximation and thin sheet technology:PBA 技术用于物体的空间离散.仿真的物体与电磁场与六面体网格相对应.PBA 有很好的近似,即使在立方体格子内的弯曲表面.只要近似的物体比网格细胞尺寸大,PBA 技术就非常有效,即使 PEC 物体结构细节论上要低.TST 技术允许在一个网格里有超过两个非PEC 的区域.这些技术可以避免极其小的网格,因此可以对总的仿真时间产生积极影响.然而,如果一个网格里有多于2 个PEC 区域或者一个完全位于网格体内的单个PEC,这些重要的网格将全部填充为 PEC.注意:由于填充过程中,可能会发生之前没

20、有相连的物体发生电气连接.最糟糕的是在结构中会产生短路.知道此点,建议在仿真之前看看这些地方的网格以及加密情况.一个网格里有超过两个非 PEC 区域将被填充为 PecTST 允许在网有两个非PEC 区域普通的 PBA在网 只有 一 个 非 PEC 区域图上所示发生了短路现象(蓝色方框表示此网格全部填充为 PEC).此时应对网格进行加密. 如果全局网格不能完成去除短路的话，则可以通过网格的局部加密来进行设置。选中该物体，右键 LocalMesh Properties.打开局部加密MSS 技术框。Multilevel subgridding scheme(MSS 技术)在网格产生的灵活性和高效性方

21、面有很大的提高.与传统的网格延伸至整个计算区域相比,MSS 技术只在物体局部产生网格,如下的示的就是 MSS 与传统的网格产生的对比.展在 5.0 版本中,此种技术只能在时域求解器中使用，不过不远的将来就会在其他求解器中同样可以使用。5.0 版本中，MSS 工具并不会减少空间的数量，不过可以提真速度。下一版本提高效率。MSS技术在默认中是被激活的， 您也可以在 Advanced）框中将其关闭。（use subgridding option 不打钩，MSS 将不予激活。MSS 可以将任何一个网格体分成八个子网格体，每一个子网格体将分隔得更远。The置，此可以用来避免过密的网格。um depth

22、of 可以在框中具体设一旦 MSS 在全局中激活。这就可以在单个物体中使用。您可以在导航树中选择您需要的物体，右击选择 mesh properties。如下：选择您想加密的物体，右击在此框中，对特定的物体，将 use subgrids for volume mesh refinement 打钩即可将MSS 激活。特别的，任何体加密（比如介质加密，局部体加密或者最大步长）尽可能用 subgrids来实现。请注意，只有基于 2微带器件一般需要在微带导体周围进行很好的网格加密。因此，选择微带导体，在 shmesh properties框中进行参数设置。如下：为了具体化体加密（请牢记，MSS 只能对这

23、类加密进行操作）您应该键入每个离散方向上的最大网格步长。为了获得微带线精确的阻抗计算，在垂直方向上的加密也是非常有用的。下图显示了网格升级后的平面网格图。请注意，端口和由有耗导体材料的物体（或者有耗代替边界）的子网格之间不允许普通过渡，因此也会被加密。此限制会降低了 MSS 技术的高效性。TST 技术可与子网格技术联合使用。为了达到很好的准确度，薄板应该在密集的网格中很好的定位。因此为了与网格平面线不平行的理想导体板在 shoptimize mesh for thin sheets 选项应被激活。mesh properties 中的自动排斥理想导体材料可以节省很多计算资源。但也请注意，只有至少

24、一个物体的子网格技术被激活后，这些区域的理想导体才能被觉察。然而，对于一些结构并不需要子网格，但是对理想导体区域的排斥仍是想要的，这种情况，区域排斥特征仍可以在如下钩激活使用。框中打请注意：参数 Ratiolimit 只适用于别的网格。所以建议使用尽量低的比率（比如 3-5）。因为子网格可以达到所有低级别网格需要的。比率为 3 和子网级别为 5 可以产生最大与最少网格之间为 3*25=96 因子.误差来源误差来源每种离散的数值带有各种误差，这些误差可能是计算模型与真实物体不一致造成的结构误差,也可能是计算数值误差。在实际算例中，很多这样的误差都可以忽略不计，但是要确保结果的可靠性，您必须清楚地

25、知道这些误差的存在。仿真模型与真实模型间的差异1.几何尺寸(Geometricdimens)可能有错误，或是结构中的细节部位被忽略丁。这种情况经常发生，而且只能通过将所画模型与真实结构进行仃细对照来避免。采用相同的方法对含有细节部位的模型和不含细节部位的模型分别进行仿真可用来分析细小结构的影响。材料参数( Material parameters)可能有错误，这也许是因为对材料参数不够了解，也许是因为使用的值对其他频带有效，而在研究的频带上该值无效。尤其是研究宽带设备时，输入正确的材料色散特性是非常必要的。例如，对于有些介质材料来说，选用固定的损耗正切( tan)将比固定的电导率更合适。选用的激

26、励源 (source of exciion )可能有误，如:用理想匹配微带线端口代替同轴线对具有归一化阻抗的微带线进行馈电。而且，对于开放端口,如微带线和共面线，选用的端2.3.口应该足够大以使正确捕获模式的场图。请记住，即使离散端口与波导端口有相同的阻抗，它们也不是理想匹配的。对于输出端口(output ports )也有同样的考虑，您应该创建一个与测量结构完全吻合的仿真模型。有时一候，对环境(environment)的考虑有误。需要测量的结构附近的物体会对结果产生影响，此时，应将这些物体包含在仿真模型中。4.5.仿真引入的误差1.离散化误差(Discretiaatian error):要确

27、保结果的精确度，必须在中对电磁场进行足够的采样。一般说来，网格越密，场值的结果越精确，采用有限积分(FI )法可以确保获得收敛的结果。CST收敛性分析。截断误差(Truncation error ):如果时域计算在时域信号衰减到零之前停止，就会引入截断误差( truncation error )。几何误差(geometryerror)是 CAD 结构与网格模型之间的差异。一些基于正交网格的方法在仿真之前，将圆形结构转变为阶梯状模型。在四面体网格中，用分段平直表面来 近物体结构。对于融合了 PBA 技术(理想边界拟合)的六面体网格，几何误差变得很小，甚至可以忽略，尤其足对于光滑导体。但是，当物体

28、的尺寸比网格还要小时，几何误差是不可以忽略的。有些误差是由不够理想的边界条件(boundary conditions)引起的。对于辐射结构，其开放空间是由开放边界模拟的。对于高频问题，即使结构与物体靠得很近，采用 PML 技术(完套装通过网格密度参数的自适应以及对收敛过程的查看来完成2.3.4.美匹配层)也很合适而且精确。CST套装将自动选择最佳尺寸的边界仿真盒子，但是偶尔检查一下盒子的改变对结果的影响的也是值得的。波导端口(Waveguide ports)拥有特定的开放边界技术，可以将波分解到它们的模式图中。该技术比上面介绍的 PML 边界条件的精度要高。对于宽频带的非均匀端口如微带线，采用

29、特殊的处理方法使得误差低于 50dB 或 60dB 是很有必要。正如前而介绍的，波导端口的尺寸必须定义的足够大。5.6.olatian errors)也仍有可能存在，如;获取导出场即使正确地算得了场值，插值误差（量以及计算非网格边缘位置的场值时都可能引入插值误差。有限字长可能会引入数字误差(Numerical errors)，但是在时域显式算法中可以忽略该误差。然而，除了时域求解器，求解相应的矩阵时都可能引入数字误差。7.计算性能改进通用小技巧使用 PBA.技术以及它的TST 扩展。总足使用儿何对称面和S 参量对称性。避免不必要的大尺寸计算区域。4.根据特定选择最合适的求解器模块。考虑将结构分

30、割成较小的几部分，并在 CST 设计考虑使用多个处理器或分布式计算选项。 7.使用高端（high-end ) PC中将它们进行合并。时域求解器使用显式时间积分原理，这意味着通过简单的矩阵矢量相乘即可求得解。这使得计算量与网格总数成正比。因此，减少仿真时间的最简单的方法是使用对称条件，该方法可以将网格点数降到原来的 1/8.时域仿真就是对仿真时间步长 t 进行 Nt 次计算，仿真信号脉冲通过整个计算区域的总的传输时间 t_end 除以仿真时问步长 t 即得总的汁算步数 Nt。故总仿真时间 Tcpu 正比算步数 Nt。有两种方法可以减少 Nt:一是增大仿真时间步 t；间 t_end(见上图)。a)

31、降低 t二是降低信号的总的传输时仿真时间步长 t 与最小网格步长故成正比。笼统地说，就是 t= x/vg ( vg 为群速度)。避免太小的网格步长即可增大仿真时间步长。这里，PBA.技术可以对薄金属线或薄片微带线进行离散化,而且不需要在金属线的半径或电导体的厚度上使用网格阶梯。如上图所示设置 Ratio Iimit 可以控制最小网格步长的产生。b)降低 t_end总计算时间 t_end 是激励脉冲 t1 的持续时间和传输过程 t2 的持续时间的总和。.根据结构的特性，可以选择减少 t1 或 t2。对于非诺振结构来说，减少 t1 即可缩短总时间 t _end。 t1 是由激励脉冲的长度决定的，因此直接受到频带设置的影响。