CST工作室套裝簡介_09

總共計畫10期完成介紹的—CST套裝簡介系列還有最後兩集。

本集中我們介紹一下CST在生物電磁、光學、EDA、EMC等領域的應用。

 

生物電磁

電磁場與人體的相互作用不僅與手機等現代通信設備有關,也與物聯網和用於監測、成像和治療的先進醫療設備等新技術有關。因為人體體內測量一般難以進行,電磁模擬是分析人體內複雜場分佈的唯一途徑,能用於確保設備功能實現並且認知和避免人體器官組織內功率損耗所產生的危害。

為了準確模擬人體內的電磁傳播需要準確地建模複雜的解剖學結構和人體組織材料屬性,而這兩者一般會隨年齡、頻率和溫度的變化而改變。CST同時提供基於體元的人體模型和基於CAD的人體模型,並能類比不同年齡、個頭和性別,同時提供了一個包含大量人體器官組織的材料庫,另外還針對體元模型提供了一個工具用於調整人體形態。

人體模型:CST為電磁模擬提供基於CAD(左)和基於體元(右)的人體模型

 

所有在人體近距範圍內工作的電磁設備都需要政府機構認證,主要是基於統計場評估值(例如按照國際非電離輻射防護委員會(ICNIRP)標準)或比吸收率(SAR),比吸收率是用於衡量人體吸收的能量大小的指標。CST工作室套裝能直接計算各種類型的SAR,包括點SAR、1克和10克平均SAR以及整體SAR。使得工程師能夠在產品設計早期階段就能對SAR值進行評估。

在設計人體體內或近距離使用的設備時,發熱是另一項重要的考量。在部分醫療設備中,例如在癌症治療設備中,發熱是需要的效果,但在其他的應用中則是有害的。CST工作室套裝提供帶生物熱傳導求解器的多物理場模組,能計算溫度分佈和熱劑量(CEM 43°C)以及對活體組織產生的影響,例如代謝熱、血擴散和人體熱調節。如欲瞭解更多資訊,敬請參閱多物理場(Multiphysics)(見簡介02_https://goo.gl/pJEr1x)。

MRI:7 T MRI的可調陣列和人體模型,從左至右依次顯示B1+場分佈、點SAR、10分鐘後溫度和熱劑量(CEM43°C)。

圖片由德國癌症研究中心(DKFZ)提供。

 

光學

“在我們的團隊裡,我們經常使用CST工作室套裝對我們光學超材料和等離子體進行研究。由於其用戶友好性、模擬精度高、能靈活地為複雜問題建模,我們都非常喜愛使用。”

A. Alù,德州大學奧斯丁分校副教授

 

在眾多領域中,光學、光電和等離子體器件已經成為關鍵元件,例如在通信、遙感或醫療應用中,並且它們會在將來扮演越來越重要的角色。對於此類器件的模擬有助於優化它們的效率,降低設計與研發成本。

光學器件中常常利用非線性效應,因此CST提供了一系列非線性材料模型(請見簡介02_https://goo.gl/pJEr1x)。由於涉及的波長極短,因此光學元件往往要求模擬電氣規模極大的結構。典型例子如光柵耦合器或波導彎頭。高性能計算(請見簡介03_https://goo.gl/HvU3g3)為這些器件的全波模擬提供了一個有效途徑。

透過為一部分波導的局部施加外部場,改變其中一段直波導內的折射率從而能切換輸出。產生的相位變化會給輸出通道上游或下游造成破壞性的干擾

 

EDA/電子

現代電路板和封裝由於資料率高、結構緊湊、佈局複雜,使其保持信號完整性(SI)、電源完整性(PI)和電磁相容性(EMC)的難度較大。CST工作室套裝包含了一系列工具,能夠幫助工程師對PCB的佈局進行設計、分析和優化。

信號完整性:在CST工作室套裝內生成的多級眼圖。

 

CST工作室套裝內的專用PCB模擬工具能用於迅速模擬PCB的行為,包括壓降、供電網路(PDN)阻抗和信號網路的傳輸特性。使用帕累托前沿優化能自動優化去藕電容,平衡價格與性能。此外,CST工作室套裝還為PCB佈局提供規則檢查工具(CSTBOADCHECK)。該工具能自動檢測可能導致SI/PI或EMC問題的結構。

使用為複雜印刷結構優化的私人網路格剖分演算法,PCB版圖能直接轉換為用於全波模擬的3D模型,或轉換為用於電路模擬的等效電路模型。IC設計可透過晶片交互介面導入,該介面類比真實的製造工藝,能生成精確的模擬模型。

 

通道建模:DDR4 RAM記憶體通道上的電場

模擬能重複使用同一虛擬原型進行許多標準的實驗室測量,例如S參數、眼圖和時域反射(TDR),從而幫助降低成本和縮短設計週期。

EMC

“採用CST微波工作室模擬 EMC 和 EMI 性能為我們在客戶那裡提供了競爭優勢,增強了他們對我們產品的信賴。”

Ralf Kakerow,大陸汽車有限公司

 

電磁相容性(EMC)和電磁干擾(EMI)是同一個問題的兩個方面。從電磁相容合規的角度,待測設備不得產生干擾其他設備的傳導發射或輻射發射。從抗電磁干擾的角度,設備必須能承受預期的干擾,無論干擾是來自臨近設備還是來自環境中的電磁效應(E3),例如雷擊或電磁脈衝(EMP)。

輻射:來自PCB的輻射發射

 

在電子設備模擬中,CST設計工作室的電路模擬能對全波求解器進行有效補充和輔助,它包含在所有的CST工作室套裝許可證中。真正的瞬態場路聯合模擬能夠在設備的3D模擬中使用SPICE和IBIS等元件模型。此外,使用規則檢查工具CST規則檢查還能核驗PCB佈局,發現潛在的電磁相容性問題。.

E3: 飛機在雷擊過程中產生的從機頭至機尾的表面電流

 

EMC/EMI和E3問題可能會從複雜結構中貌似微不足道的地方產生,例如一條線纜、一個通風孔或一道縫隙。傳輸線矩陣(TLM)求解器非常適用於這類情況,它支援能高效建模複雜結構的精簡模型。

共存是一個重要的問題,對處於同一平臺上的多個RF系統如此,對運行在高時鐘速度下、諧波散佈在RF頻率範圍內的多個資料匯流排也是如此。射頻干擾會導致這些系統的性能惡化,是不可接受的。CST 干擾分析任務(Interference Task)能分析系統間耦合和傳輸,整體概覽可能的射頻干擾。該干擾分析工具完全集成在CST工作室套裝內,便於在不同場景下運行分析,並在檢測到可能的干擾後,測試緩解問題措施。

電纜能被結構某個部分中的輻射場耦合,然後傳導到另一個部位,並再次輻射它們,導致進一步的電磁干擾問題。時域求解器可使用“混合瞬態電纜模擬”予以輔助。這樣就可以將解析電纜和線束模型集成到3D模型中。

 

這期主要介紹了CST版本在生物電磁、光學、EDA、EMC等領域的應用。在完成這一系列後,開始發佈一些具體的操作實例。

敬請期待!

 

關於達梭系統

作為一家為全球客戶提供3DEXPERIENCE解決方案的領導者,達梭系統為企業和客戶提供虛擬空間以類比可持續創新。其全球領先的解決方案改變了產品在設計、生產和技術支援上的方式。達梭系統的協作解決方案更是推動了社會創新,擴大了透過虛擬世界來改善真實世界的可能性。達梭系統為140多個國家超過22萬個不同行業、不同規模的客戶帶來價值。