Solveurs de simulation électromagnétique
Tirer parti des solveurs de simulation CST Studio Suite pour les systèmes et appareils électromagnétiques
Un puissant portefeuille de solveurs de champ électromagnétique
CST Studio Suite® permet aux clients d'accéder à plusieurs solveurs de simulation électromagnétique (EM). La gamme proposée comprend notamment la méthode par éléments finis (FEM), la technique d'intégration finie (FIT) et la matrice des lignes de transmission (TLM). Ces trois méthodes représentent les solveurs généraux les plus puissants pour les tâches de simulation électromagnétique. CST Studio Suite propose des méthodes de résolution dans les domaines temporel et fréquentiel. La gamme d'applications de la solution CST Studio Suite s'étend des fréquences statiques aux fréquences optiques.
Solveurs électromagnétiques par plage de fréquences et application
Solveurs de simulation électromagnétique haute fréquence
Grâce aux méthodes FIT, FEM et TLM, CST Studio Suite fournit des solveurs parfaitement adaptés aux simulations haute fréquence. FIT et TLM sont des méthodes classiques du domaine temporel dont les avantages conviennent particulièrement au haut débit, aux antennes et aux applications complexes et riches en détails. Ces solveurs permettent également d'analyser la compatibilité électromagnétique (EMC) des appareils et l'intégrité du signal et de l'alimentation. Des solveurs supplémentaires pour les applications spécialisées dans les hautes fréquences, comme les structures de grande taille par rapport à la longueur d'ondes ou hautement résonnantes, viennent compléter les solveurs généraux.
Solveurs de simulation électromagnétique basse fréquence
CST Studio Suite comprend des solveurs FEM dédiés aux applications basse fréquence ou de fréquence statique comme les équipements électromécaniques, les moteurs, les générateurs, les transformateurs et les capteurs. La technologie Opera vient compléter cet ensemble de solveurs pour offrir une solution exhaustive et extrêmement précise.
Solveurs pour la dynamique des particules chargées
La simulation des particules dans les champs électromagnétiques est un point fort de CST Studio Suite. Elle se prête à une large gamme d'applications, des canons à électrons aux tubes à micro-ondes et de la pulvérisation magnétron aux composants d'accélérateur de particules. Nous pouvons proposer des solveurs adaptés pour une simulation efficace des appareils basés sur des particules.
Simulation multiphysique avec CST Studio Suite
La présence de champs électromagnétiques a un impact sur d'autres paramètres physiques. Les pertes dans les matériaux entraînent une augmentation de la température. Celle-ci peut provoquer une déformation des composants, compromettant leurs performances. CST Studio Suite propose une simulation multiphysique pour analyser ces effets. La gamme d'applications inclut le refroidissement des composants électroniques, ainsi que la prise en compte de la chaleur corporelle dans les dispositifs médicaux. La plate-forme 3DEXPERIENCE prend en charge une gamme bien plus large d'applications multiphysiques.
Analyse électromagnétique avec le meilleur solveur pour votre application
L'intégration transparente des solveurs dans la même interface utilisateur de CST Studio Suite permet de sélectionner facilement la méthode de simulation la plus appropriée pour une catégorie de problèmes. La possibilité de choisir entre différentes approches permet d'améliorer les performances de simulation et d'obtenir une fiabilité sans précédent grâce à la vérification croisée.
- Solveurs haute fréquence
- Solveurs basse fréquence
- Solveurs multiphysiques
- Solveurs de particules
- Solveurs EMC et EDA
Solveur de domaine temporel
Le solveur de domaine temporel est un solveur 3D pleine onde transitoire puissant et polyvalent qui inclut la technique d'intégration finie (FIT) et la matrice des lignes de transmission (TLM) dans un seul package. Le solveur de domaine temporel permet d'effectuer des simulations large bande en une seule exécution. Grâce à la prise en charge de l'accélération matérielle et du calcul en cluster MPI, ce solveur convient également aux simulations extrêmement volumineuses, complexes et riches en détails.
Applications du solveur de domaine temporel :
- Applications haute fréquence générales utilisant des modèles de moyenne à grande taille
- Effets transitoires
- Électronique 3D
Solveur de domaine fréquentiel
Le solveur de domaine fréquentiel est un puissant solveur 3D pleine onde polyvalent, basé sur la méthode par éléments finis (FEM), qui offre d'excellentes performances de simulation pour de nombreux types de composants. Comme il peut calculer tous les ports en même temps, il offre également un moyen très efficace de simuler des systèmes multiports tels que des connecteurs et des réseaux. Le solveur de domaine fréquentiel inclut une fonctionnalité de réduction d'ordre du modèle (MOR) qui permet de raccourcir le temps de simulation de structures résonnantes telles que les filtres.
Applications du solveur de domaine fréquentiel :
- Applications haute fréquence générales utilisant des modèles de petite à moyenne taille
- Structures résonnantes
- Systèmes multiports
- Électronique 3D
Solveur asymptotique
Le solveur asymptotique est un solveur de lancer de rayon qui convient aux structures extrêmement volumineuses ne nécessitant pas de solveur pleine onde. Le solveur asymptotique est basé sur la méthode du lancer et rebond de rayon (SBR). La méthode SBR est une extension de l'optique physique permettant de réaliser des simulations avec une taille électrique de plusieurs milliers de longueurs d'onde.
Applications du solveur asymptotique :
- Structures électriquement très grandes
- Performances des antennes une fois installées
- Analyse de diffusion
Solveur en mode propre
Le solveur en mode propre est un solveur 3D servant à simuler des structures résonnantes. Il intègre la méthode avancée du sous-espace de Krylov (AKS) et la méthode de Jacobi-Davidson (JDM). Les applications courantes du solveur en mode propre sont les structures de filtre hautement résonnantes, les cavités d'accélérateur de particules à facteur de qualité (Q) élevé et les structures à ondes lentes telles que les tubes à ondes progressives. Le solveur en mode propre prend en charge l'analyse de sensibilité, ce qui permet de calculer directement l'effet de désyntonisation de la déformation structurelle.
Applications du solveur en mode propre :
- Filtres
- Cavités
- Métamatériaux et structures périodiques
Filter Designer 3D
Cet outil de synthèse est destiné à la conception de filtres passe-bande et de diplexeurs. Il génère une gamme de topologies de matrice de couplage pour une application à la technologie de résonateur couplé arbitraire. Il offre également un choix d'éléments de construction pour réaliser des filtres 3D via la modélisation d'assemblages. Dans la bibliothèque de composants, l'utilisateur peut choisir entre des cavités coaxiales en peigne/interdigitales et des guides d'ondes rectangulaires. Il peut également définir des éléments de construction personnalisés intégrant tout type de technologie monomode (par exemple, SIW ou disques diélectriques).
Les fonctionnalités disponibles comprennent l'extraction de la matrice de couplage. Cet outil peut être utilisé directement comme objectif d'optimisation d'un modèle de simulation ou comme aide pour le réglage de matériel complexe au moyen de mesures en temps réel avec un analyseur de réseau.
Applications de Filter Designer 3D :
- Filtres à couplage croisé pour différentes technologies électromagnétiques (par exemple, cavités, microrubans et composants diélectriques)
- Assistance au réglage du matériel de filtre (en liaison avec un analyseur de réseau vectoriel)
Solveur d'équations intégrales
Le solveur d'équations intégrales est un solveur 3D pleine onde basé sur la méthode des moments (MOM) combinée à la méthode multipolaire rapide multi-niveaux (MLFMM). Il utilise une technique d'intégrale de surface, ce qui le rend beaucoup plus efficace que les méthodes de volume total lors de la simulation de modèles volumineux avec beaucoup d'espace vide. Le solveur d'équations intégrales inclut une fonctionnalité d'analyse des modes caractéristiques (CMA) qui permet de calculer les modes pris en charge par une structure.
Applications du solveur d'équations intégrales :
- Applications haute fréquence utilisant des modèles électriquement grands
- Performances après installation
- Analyse des modes caractéristiques
Solveur multicouche
Le solveur multicouche est un solveur 3D pleine onde basé sur la méthode des moments (MOM). Il utilise une technique d'intégrale de surface et est optimisé pour simuler des structures micro-ondes planes. Le solveur multicouche inclut une fonctionnalité d'analyse des modes caractéristiques (CMA) qui permet de calculer les modes pris en charge par une structure.
Applications du solveur multicouche :
- MMIC
- Réseaux d'alimentation
- Antennes planes
Tâche de solveur hybride
La tâche de solveur hybride permet d'associer les solveurs de domaine temporel, de domaine fréquentiel, d'équations intégrales et asymptotiques dans une simulation hybride. Pour les projets de simulation qui impliquent des bandes de fréquences très larges ou des structures électriquement grandes très détaillées, les calculs peuvent être plus efficaces si l'on utilise différents solveurs sur différentes pièces. Les champs simulés sont transférés entre les solveurs via des sources de champ, avec une liaison bidirectionnelle entre les solveurs pour une simulation plus précise.
Applications de la tâche de solveur hybride :
- Petites antennes sur de très grandes structures
- Simulation EMC
- Simulation du corps humain dans des environnements complexes
Solveur électrostatique
Le solveur électrostatique est un solveur 3D servant à simuler des champs électriques statiques. Il convient particulièrement aux applications telles que les capteurs où la charge électrique ou la capacité est importante. Le solveur offre une rapidité qui s'avère très utile pour optimiser les applications telles que les électrodes et les isolants.
Applications du solveur électrostatique :
- Capteurs et écrans tactiles
- Équipement électrique
- Appareils à particules chargées et tubes à rayons X
Solveur magnétostatique
Le solveur magnétostatique est un solveur 3D servant à simuler des champs magnétiques statiques. Il est particulièrement utile pour simuler des aimants, des capteurs et des machines électriques telles que des moteurs et des générateurs dans les cas où les effets transitoires et les courants de Foucault ne sont pas importants.
Applications du solveur magnétostatique :
- Capteurs
- Machines électriques
- Aimants de focalisation du faisceau de particules
Solveur de domaine fréquentiel basse fréquence
Le solveur de domaine fréquentiel basse fréquence (LF-FD) est un solveur 3D servant à simuler le comportement des harmoniques temporelles dans les systèmes basse fréquence. Il inclut des mises en œuvre magnéto-quasistatiques (MQS), électro-quasistatiques (EQS) et pleine onde. Ce solveur est particulièrement utile pour les simulations qui impliquent des effets de domaine fréquentiel et où les sources sont des bobines.
Applications du solveur de domaine fréquentiel basse fréquence :
- Capteurs et contrôles non destructifs (CND)
- RFID et transfert d'énergie sans fil
- Génie énergétique : systèmes de barres omnibus
Solveur de domaine temporel basse fréquence
Le solveur de domaine temporel basse fréquence (LF-TD) est un solveur 3D servant à simuler le comportement transitoire dans les systèmes basse fréquence. Il inclut des mises en œuvre magnéto-quasistatiques (MQS) et électro-quasistatiques (EQS). Le solveur MQS est adapté aux problèmes impliquant des courants de Foucault, des effets non linéaires et des effets transitoires tels que le mouvement ou le courant d'appel. Le solveur EQS convient aux problèmes résistifs-capacitifs et aux applications en courant continu haute tension (CCHT).
Applications du solveur de domaine temporel basse fréquence :
- Machines électriques et transformateurs
- Électromécanique : moteurs, générateurs
- Génie énergétique : isolation, systèmes de barres omnibus, appareillage de commutation
Solveur de courant stationnaire
Le solveur de champ de courant stationnaire est un solveur 3D servant à simuler le flux de courants continus à travers un appareil, en particulier avec des composants subissant des pertes. Ce solveur peut être utilisé pour caractériser les propriétés électriques d'un composant CC ou dans lequel les courants de Foucault et les effets transitoires sont sans importance.
Applications du solveur de courant stationnaire :
- Équipement haute puissance
- Machines électriques
- Réseau de distribution électrique des cartes de circuits imprimés
Solveur de transfert thermique conjugué
Le solveur de transfert thermique conjugué (CHT) utilise la technique CFD pour prédire l'écoulement des fluides et la distribution de la température dans un système. Le solveur CHT inclut les effets thermiques de tous les modes de transfert de chaleur : conduction, convection et rayonnement. Il peut inclure des sources de chaleur provenant de pertes électromagnétiques, tout comme les solveurs thermiques stationnaires et transitoires. Les appareils tels que les ventilateurs, les écrans perforés et les matériaux d'interface thermique peuvent être directement modélisés. Les modèles thermiques compacts (CTM), tels que le CTM à deux résistances, peuvent également être pris en compte.
Applications du solveur de transfert thermique conjugué :
- Refroidissement des composants électroniques : convection naturelle et forcée de composants et appareils électroniques haute puissance, tels que :
- Cartes de circuits imprimés
- Filtres
- Antennes
- Châssis
- Avec des dispositifs de refroidissement installés tels que :
- Ventilateurs
- Dissipateurs thermiques, etc.
Solveur thermique transitoire
Le solveur thermique transitoire permet de prédire la réponse en température variable dans le temps d'un système. Les sources de chaleur peuvent inclure les pertes générées par les champs électriques et magnétiques, les courants, les collisions entre particules, la chaleur corporelle humaine et d'autres sources définies par l'utilisateur. Étroitement lié à nos solveurs électromagnétiques, le solveur thermique transitoire permet de prévoir la température transitoire des appareils et son impact sur leurs performances électromagnétiques.
Applications du solveur thermique transitoire :
- Composants et appareils électroniques haute puissance, tels que les cartes de circuits imprimés, les filtres, les antennes, etc.
- Dispositifs médicaux et chaleur corporelle humaine
Solveur thermique stationnaire
Le solveur thermique stationnaire permet de prédire la distribution de température d'un système en régime stationnaire. Les sources de chaleur peuvent inclure les pertes générées par les champs électriques et magnétiques, les courants, les collisions entre particules, la chaleur corporelle humaine et d'autres sources définies par l'utilisateur. Étroitement lié à nos solveurs électromagnétiques, le solveur thermique stationnaire permet de prévoir la température des appareils et son impact sur leurs performances électromagnétiques.
Applications du solveur thermique stationnaire :
- Composants et appareils électroniques haute puissance, tels que les cartes de circuits imprimés, les filtres, les antennes, etc.
- Dispositifs médicaux et chaleur corporelle humaine
Solveur mécanique
Le solveur mécanique permet de prédire les contraintes mécaniques des structures et les déformations causées par les forces électromagnétiques et la dilatation thermique. Il s'utilise avec les solveurs EM et thermiques pour évaluer l'impact potentiel des forces et de la chaleur sur l'appareil.
Applications du solveur mécanique :
- Désyntonisation des filtres
- Déformation des cartes de circuits imprimés
- Forces de Lorentz sur les accélérateurs de particules
Solveur de particules dans la cellule
Le solveur de particules dans la cellule (Particle-In-Cell, PIC) représente une méthode de simulation polyvalente et auto-cohérente destinée au suivi des particules. Il permet de calculer à la fois les trajectoires des particules et les champs électromagnétiques dans le domaine temporel, en tenant compte des effets de la charge d'espace et du couplage mutuel entre les particules et les champs. Le solveur PIC peut simuler une grande variété d'appareils où l'interaction entre les particules et les champs haute fréquence est importante. Un autre domaine d'application concerne les appareils haute puissance où l'effet multipactor des électrons est un risque.
Applications du solveur de particules dans la cellule :
- Composants d'accélérateurs
- Appareils à ondes lentes
- Effet multipactor
Solveur électrostatique de particules dans la cellule
La technologie de solveur électrostatique de particules dans la cellule (Es-PIC) calcule la dynamique de la charge d'espace dans une approche transitoire et capture le comportement du domaine temporel négligé par l'analyse de suivi. Le solveur Es-PIC calcule la charge d'espace en fonction du temps, en tenant uniquement compte des effets électrostatiques. Par rapport à une approche PIC (Particle-in-Cell) pure, il n'y a pas de courant ni de champ H induit, mais cette technologie est bien adaptée aux structures à grandes échelles de temps.
Applications du solveur électrostatique de particules dans la cellule :
- Source d'ions plasma
- Canon à électrons avec ionisation
- Analyse de claquage à basse pression
Solveur de suivi de particules
Le solveur de suivi de particules est un solveur 3D servant à simuler les trajectoires de particules à travers des champs électromagnétiques. Il peut prendre en compte l'effet de la charge d'espace sur le champ électrique grâce à l'option d'itération du canon. Plusieurs modèles d'émission sont disponibles, y compris pour les émissions fixes, limitées par la charge d'espace, thermo-ioniques et de champ. Il est également possible de simuler les émissions d'électrons secondaires.
Applications du solveur de suivi de particules :
- Sources de particules
- Aimants de focalisation et d'orientation du faisceau
- Composants d'accélérateurs
Solveur de champ de sillage
Le solveur de champ de sillage permet de calculer les champs autour d'un faisceau de particules représenté par un courant de ligne, ainsi que les champs de sillage produits par les interactions avec des discontinuités dans la structure environnante.
Applications du solveur de champ de sillage :
- Cavités
- Collimateurs
- Moniteurs de position de faisceau
Solveurs PCB
Le module PCB and Packages de CST Studio Suite est un outil d'analyse de l'intégrité du signal (SI), de l'intégrité de l'alimentation (PI) et de la compatibilité électromagnétique (EMC) des cartes de circuits imprimés (PCB). Il s'intègre au flux de conception EDA en fournissant de puissants filtres d'importation pour les outils de topologie courants de Cadence, Zuken et Altium. Les effets tels que les résonances, les réflexions, la diaphonie, le rebond d'alimentation/de masse et le bruit de commutation simultané (SSN) peuvent être simulés à n'importe quelle étape du développement du produit, de la phase de pré-configuration à la phase de post-configuration.
CST Studio Suite comprend trois types de solveurs :
- Méthode des lignes de transmission 2D
- Méthode du circuit équivalent à éléments partiels (PEEC) 3D
- Méthode des éléments finis dans le domaine fréquentiel (FEFD) 3D
Des flux de travail prédéfinis sont également disponibles pour l'analyse de la chute ohmique et de l'intégrité de l'alimentation et du signal.
Rule Check
Rule Check est un outil de vérification des règles de conception (DRC) pour la compatibilité électromagnétique (EMC), l'intégrité du signal (SI) et l'intégrité de l'alimentation (PI). Il peut lire les fichiers de carte courants de Cadence, Mentor Graphics et Zuken, mais aussi le format ODB++ (par exemple, Altium). Il permet de vérifier la conception des cartes de circuits imprimés par rapport à un ensemble de règles de conception EMC ou SI. Le noyau utilisé par Rule Check est l'outil logiciel bien connu EMSAT.
L'utilisateur peut désigner divers réseaux et composants essentiels pour la compatibilité électromagnétique, tels que les réseaux d'E/S et d'alimentation/de masse, et les condensateurs de découplage. Rule Check permet d'examiner tour à tour chaque réseau essentiel pour vérifier qu'il n'enfreint aucune des règles de conception EMC ou SI sélectionnées. Une fois la vérification des règles terminée, il affiche les infractions aux règles EMC sous forme de graphique ou de document HTML.
Applications de Rule Check :
- Vérification des règles de conception de cartes de circuits imprimés relatives à la compatibilité électromagnétique (EMC)
- Vérification des règles de conception de cartes de circuits imprimés relatives à l'intégrité du signal et de l'alimentation (SI/PI)
Solveur de faisceau de câbles
Le solveur de faisceau de câbles permet d'analyser l'intégrité du signal (SI), les émissions par conduction (CE), les émissions rayonnées (RE) et la sensibilité électromagnétique (EMS) des structures de câbles complexes dans les systèmes électriquement grands en trois dimensions. Il intègre une technique de modélisation des lignes de transmission alliant rapidité et précision pour les configurations de faisceaux de câbles dans un environnement métallique ou diélectrique 3D. La simulation hybride avec le solveur de faisceau de câbles et d'autres solveurs haute fréquence permet de simuler efficacement des structures contenant des faisceaux de câbles complexes en 3D.
Applications du solveur de faisceau de câbles :
- Simulation SI et EMC générale des câbles
- Disposition du faisceau de câbles dans les véhicules et les avions
- Câbles hybrides dans l'électronique grand public
FAQ sur les solveurs EM
Les simulateurs EM pleine onde permettent de résoudre les équations de Maxwell sans approximation en fonction de la nature physique particulière d'un problème. Ils apportent généralement des solutions aux applications électromagnétiques haute fréquence telles que les antennes ou les composants. SIMULIA CST Studio Suite propose des simulateurs EM de domaine temporel et de domaine fréquentiel.
Un solveur électromagnétique est une mise en œuvre d'une méthode numérique qui résout les équations de Maxwell. Il doit intégrer tous les paramètres physiques pertinents et prendre en compte les propriétés des matériaux et les structures géométriques du système à analyser.
Le meilleur logiciel de simulation électromagnétique est celui qui vous permet de travailler rapidement et avec précision. Pour pouvoir relever ce défi avec un seul progiciel, il est essentiel que ce dernier propose tout un éventail de méthodes de simulation numérique, car il n'existe aucune méthode unique permettant de résoudre tous les problèmes de simulation. Le portefeuille de simulation électromagnétique SIMULIA offre une large gamme de simulateurs EM pour les plages de fréquences allant du courant continu à la lumière.
La simulation électromagnétique (EM) décrit les approches permettant de résoudre les équations de Maxwell dans l'espace et le temps. Les méthodes basées sur la discrétisation en volumes sont notamment la méthode par éléments finis (FEM), la technique d'intégration finie (FIT), la méthode des différences finies dans le domaine temporel (FDTD) et la matrice des lignes de transmission (TLM). Ces méthodes sont très générales et peuvent être utilisées pour simuler toutes les catégories de problèmes. Cependant, il existe des méthodes beaucoup plus efficaces pour des types spécifiques d'analyse électromagnétique, telles que la méthode des moments (MoM), la méthode des éléments limites (BEM), le couplage de mode, l'optique physique, etc.
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