Solutori di simulazione elettromagnetica
Solutori di simulazione CST Studio Suite per sistemi e dispositivi elettromagnetici
Un potente portfolio di solutori del campo elettromagnetico
CST Studio Suite® offre ai clienti l'accesso a più solutori di simulazione elettromagnetica (EM). La gamma include metodi quali il metodo a elementi finiti (FEM), la tecnica di integrazione degli elementi finiti (FIT) e il metodo della matrice della linea di trasmissione (TLM). I tre metodi citati rappresentano i solutori generici più potenti per le attività di simulazione elettromagnetica. CST Studio Suite offre metodi di soluzione nel dominio del tempo e della frequenza. La gamma di applicabilità della soluzione CST Studio Suite va dalle frequenze statiche a quelle ottiche.
Solutori elettromagnetici per gamma di frequenza e applicazione
Solutori di simulazione elettromagnetica ad alte frequenze
Con i metodi FIT, FEM e TLM, CST Studio Suite fornisce solutori ideali per simulazioni ad alta frequenza. FIT e TLM come metodi classici del dominio del tempo possono offrire vantaggi per la banda larga, l'antenna e applicazioni complesse e ricche di dettagli. Questi solutori possono anche analizzare la compatibilità elettromagnetica (EMC) dei dispositivi e l'integrità del segnale e della potenza. Ulteriori solutori per applicazioni specializzate ad alta frequenza, ad esempio strutture elettricamente grandi o altamente risonanti, vanno ad aggiungersi ai solutori per scopi generali.
Solutori di simulazione elettromagnetica a bassa frequenza
CST Studio Suite include solutori FEM dedicati ad applicazioni statiche e a bassa frequenza, come dispositivi elettromeccanici, motori, generatori, trasformatori e sensori. La tecnologia Opera integra questo set di solutori per offrire una soluzione completa e altamente accurata.
Solutori per la dinamica delle particelle cariche
La simulazione delle particelle nei campi elettromagnetici è una particolare forza di CST Studio Suite. È disponibile un'ampia gamma di applicazioni, dai cannoni elettronici ai tubi a microonde, dalla polverizzazione catodica ai componenti dell'acceleratore di particelle. Siamo in grado di fornire solutori adatti per la simulazione efficiente di dispositivi basati su particelle.
Multifisica con CST Studio Suite
La presenza di campi elettromagnetici causa altri effetti fisici. Le perdite nei materiali comportano un aumento della temperatura. L'aumento della temperatura può causare deformazioni ai componenti che ne compromettono le prestazioni. CST Studio Suite offre simulazioni multifisiche per analizzare questi effetti. La gamma di applicazioni include il raffreddamento dei componenti elettronici e il trattamento del calore biologico per i dispositivi medici. La piattaforma 3DEXPERIENCE consente una gamma molto più ampia di applicazioni multifisiche.
Analisi elettromagnetica con il solutore più adatto per la tua applicazione
L'integrazione dei solutori in un'unica interfaccia utente in CST Studio Suite consente di scegliere facilmente il metodo di simulazione più appropriato per una determinata classe di problemi. La possibilità di scegliere tra i diversi approcci di simulazione consente di migliorare le prestazioni della simulazione stessa e offre un'affidabilità senza precedenti attraverso la verifica incrociata dei risultati ottenuti.
- Solutori ad alta frequenza
- Solutore a bassa frequenza
- Solutori multifisici
- Solutori di particelle
- Solutori EMC ed EDA
Solutore nel dominio del tempo
Il solutore nel dominio del tempo è un potente e versatile solutore transitorio 3D fullwave polivalente, con implementazioni sia della tecnica di integrazione degli elementi finiti (FIT) sia della matrice della linea di trasmissione (TLM) incluse in un unico pacchetto. Il solutore nel dominio del tempo è in grado di eseguire simulazioni della banda larga in un'unica esecuzione. Il supporto per l'accelerazione hardware e il calcolo in cluster MPI rende inoltre il solutore adatto per simulazioni estremamente grandi, complesse e dettagliate.
Applicazioni del solutore nel dominio del tempo:
- Applicazioni generiche ad alta frequenza che utilizzano modelli da medi a grandi
- Effetti transitori
- Elettronica 3D
Solutore nel dominio di frequenza
Il solutore nel dominio di frequenza è un potente solutore 3D fullwave polivalente, basato sul metodo degli elementi finiti (FEM), che offre eccellenti prestazioni di simulazione per molti tipi di componenti. Poiché il solutore nel dominio della frequenza è in grado di calcolare tutte le porte contemporaneamente, è anche un modo molto efficiente per simulare sistemi multiporta come connettori e array. Il solutore nel dominio della frequenza include una funzione Metodo di riduzione dell'ordine (MOR) che consente di accelerare la simulazione di strutture risonanti come i filtri.
Applicazioni del solutore nel dominio di frequenza:
- Applicazioni generiche ad alta frequenza che utilizzano modelli di piccole e medie dimensioni
- Strutture risonanti
- Sistemi multiporta
- Elettronica 3D
Solutore asintotico
Il solutore asintotico è un solutore di tracciamento del raggio efficiente per strutture estremamente grandi in cui non è necessario un solutore fullwave. Il solutore asintotico si basa sul metodo Shooting Bouncing Ray (SBR). SBR è un'estensione dell'ottica fisica ed è in grado di affrontare simulazioni con dimensioni elettriche di molte migliaia di lunghezze d'onda.
Applicazioni del solutore asintomatico:
- Strutture elettricamente molto grandi
- Prestazioni installate delle antenne
- Analisi della dispersione
Solutore Eigenmode
Il solutore Eigenmode è un solutore 3D per la simulazione di strutture risonanti, che incorpora il metodo Advanced Krylov Subspace (AKS) e il metodo Jacobi-Davidson (JDM). Le applicazioni comuni del solutore Eigenmode sono strutture di filtri altamente risonanti, cavità degli acceleratori di particelle ad alto Q e strutture a onde lente, come i tubi a onda di movimento. Il solutore Eigenmode supporta l'analisi della sensibilità, consentendo il calcolo diretto dell'effetto di desintonizzazione della deformazione strutturale.
Applicazioni del solutore Eigenmode:
- Filtri
- Cavità
- Metamateriali e strutture periodiche
Filter Designer 3D
Uno strumento di sintesi per la progettazione di filtri passa-banda e diplexer, che produce una gamma di topologie di matrici di accoppiamento per l'applicazione nella tecnologia basata su risonatori accoppiati arbitrari. Offre inoltre una scelta di elementi di base per la realizzazione di filtri 3D attraverso la modellazione degli assiemi. Dalla Libreria dei componenti, l'utente può scegliere tra cavità coassiali combinate/interdigitali e guide d'onda rettangolari. In alternativa, l'utente può definire blocchi di base personalizzati di qualsiasi tipo di tecnologia mono-modale (ad esempio, SIW o dischi dielettrici).
La funzionalità fornita include l'estrazione della matrice di accoppiamento. Può essere utilizzato direttamente come obiettivo per l'ottimizzazione di un modello di simulazione o per assistenza nella regolazione di hardware complessi mediante misurazioni in tempo reale utilizzando un analizzatore di rete.
Applicazioni di Filter Designer3D:
- Filtri ad accoppiamento incrociato per diverse tecnologie elettromagnetiche (ad esempio cavità, microstrisce, dielettrici)
- Ottimizzazione assistita per il filtro hardware (con collegamento all'analizzatore di rete a vettore)
Solutore di equazioni integrali
Il solutore per equazioni integrali è un solutore 3D fullwave, basato sulla tecnica del metodo del momento (MOM) con il metodo dei multipoli veloci multilivello (MLFMM). Il solutore per equazioni integrali utilizza una tecnica integrale di superficie, che la rende molto più efficiente dei metodi a volume intero quando si simulano modelli di grandi dimensioni con molto spazio vuoto. Il solutore di equazioni integrali include una funzione analisi della modalità caratteristica (CMA) che calcola le modalità supportate da una struttura.
Applicazioni del solutore per equazioni integrali:
- Applicazioni ad alta frequenza che utilizzano modelli elettrici di grandi dimensioni
- Prestazioni installate
- Analisi della modalità caratteristica
Solutore multistrato
Il solutore multistrato è un solutore 3D fullwave, basato sulla tecnica del metodo dei momenti (MOM). Il solutore multistrato utilizza una tecnica integrata di superficie ed è ottimizzato per la simulazione di strutture planari a microonde. Il solutore multistrato include una funzione analisi della modalità caratteristica (CMA) che calcola le modalità supportate da una struttura.
Applicazioni del solutore multistrato:
- MMIC
- Reti di alimentazione
- Antenne planari
Hybrid Solver Task
Hybrid Solver Task consente di collegare il dominio del tempo, il dominio di frequenza, l'equazione integrale e il solutore asintotico alla simulazione ibrida. Per i progetti di simulazione che coinvolgono bande di frequenza molto ampie o strutture elettricamente grandi con dettagli molto precisi, i calcoli possono essere resi molto più efficienti utilizzando diversi solutori su parti diverse. I campi simulati vengono trasferiti tra i solutori attraverso sorgenti di campo, con un collegamento bidirezionale tra i solutori per una simulazione più accurata.
Applicazioni di Hybrid Solver Task:
- Antenne di piccole dimensioni su strutture molto grandi
- Simulazione EMC
- Simulazione del corpo umano in ambienti complessi
Solutore elettrostatico
Il solutore elettrostatico è un solutore 3D per la simulazione di campi elettrici statici. Questo solutore è particolarmente adatto per applicazioni come i sensori in cui la carica elettrica o la capacità sono importanti. La velocità del solutore è inoltre molto utile per ottimizzare applicazioni quali elettrodi e isolanti.
Applicazioni del solutore elettrostatico:
- Sensori e schermi tattili
- Apparecchiature elettriche
- Dispositivi per particelle cariche e tubi a raggi X
Solutore magnetostatico
Il solutore magnetostatico è un solutore 3D per la simulazione dei campi magnetici statici. Questo solutore è particolarmente utile per la simulazione di magneti, sensori e per la simulazione di macchine elettriche come motori e generatori nei casi in cui gli effetti transitori e le correnti parassite non sono critici.
Applicazioni del solutore magnetostatico:
- Sensori
- Macchine elettriche
- Magneti per indirizzamento dei fasci di particelle
Solutore a bassa frequenza - dominio di frequenza
Il solutore a bassa frequenza - dominio di frequenza (LF-FD) è un solutore 3D per simulare il comportamento armonico temporale nei sistemi a bassa frequenza e include implementazioni magneto-quasistatiche (MQS), elettro-quasistatiche (EQS) e fullwave. Questo solutore è particolarmente utile per le simulazioni che coinvolgono effetti del dominio di frequenza e dove le sorgenti sono bobine.
Applicazioni del solutore nel dominio di frequenza a bassa frequenza:
- Sensori e test non distruttivi (NDT)
- RFID e trasferimento di potenza wireless
- Ingegneria dell'alimentazione: sistemi di barre di distribuzione
Solutore a bassa frequenza - Dominio del tempo
Il solutore a bassa frequenza - dominio del tempo (LF-TD) è un solutore 3D per la simulazione del comportamento transitorio in sistemi a bassa frequenza e include implementazioni magneto-quasistatiche (MQS) ed elettro-quasistatiche (EQS). Il solutore MQS è adatto per problemi che coinvolgono correnti parassite, effetti non lineari ed effetti transitori come movimento o corrente di spunto. Il solutore EQS è adatto per problemi resistivo-capacitativi e applicazioni a corrente continua ad alta tensione (HV-DC).
Applicazioni del solutore nel dominio del tempo a bassa frequenza:
- Macchine elettriche e trasformatori
- Elettromeccanico: motori e generatori
- Ingegneria dell'alimentazione: isolamento, sistemi di barre di distribuzione, gruppi di comando
Solutore di corrente stazionaria
Il solutore di campo della corrente stazionaria è un solutore 3D per la simulazione del flusso di correnti CC attraverso un dispositivo, soprattutto con componenti con perdite. Questo solutore può essere utilizzato per caratterizzare le proprietà elettriche di un componente che è CC o in cui correnti parassite ed effetti transitori sono irrilevanti.
Applicazioni del solutore di corrente stazionaria:
- Apparecchiature ad alta potenza
- Macchine elettriche
- Rete di distribuzione dell'alimentazione PCB
Solutore di scambio termico coniugato
Il solutore di trasferimento termico coniugato (CHT) utilizza la tecnica CFD per prevedere il flusso dei fluidi e la distribuzione della temperatura in un sistema. Il solutore CHT include gli effetti termici di tutte le modalità di trasferimento del calore, conduzione, convezione e irraggiamento e può includere fonti di calore derivanti da perdite elettromagnetiche proprio come fanno i solutori dello stato stazionario e di transitori termici. Dispositivi come ventole, schermi perforati e materiali di interfaccia termica possono essere modellati direttamente. È anche possibile prendere in considerazione i cosiddetti modelli termici compatti (CTM), ad esempio il modello a due resistori.
Applicazioni del solutore di scambio termico coniugato:
- Raffreddamento dell'elettronica: convezione naturale e forzata di componenti e dispositivi elettronici ad alta potenza, ad esempio
- PCB
- filtri
- antenne
- telaio
- con dispositivi di raffreddamento installati come
- ventole
- dissipatori di calore…
Solutore termico transitorio
Il solutore termico transitorio è in grado di prevedere la risposta della temperatura variabile nel tempo di un sistema. Le fonti di calore possono includere perdite generate da campi elettrici e magnetici, correnti, collisioni con particelle, bioriscaldamento umano e altre sorgenti definite dall'utente. Perfettamente collegato ai nostri solutori elettromagnetici, il solutore termico transitorio consente la previsione della temperatura dei dispositivi e il conseguente impatto sulle loro prestazioni elettromagnetiche.
Applicazioni del solutore termico transitorio:
- Dispositivi e componenti elettronici ad alta potenza, come circuiti stampati, filtri, antenne…
- Dispositivi medici e bioriscaldamento umano
Solutore termico a stato stazionario
Il solutore termico a stato stazionario è in grado di prevedere la distribuzione della temperatura di un sistema a stato stazionario. Le fonti di calore possono includere perdite generate da campi elettrici e magnetici, correnti, collisioni con particelle, bioriscaldamento umano e altre sorgenti definite dall'utente. Perfettamente collegato ai nostri solutori elettromagnetici, il solutore termico a stato stazionario consente la previsione della temperatura dei dispositivi e il conseguente impatto sulle loro prestazioni elettromagnetiche.
Applicazioni del solutore termico a stato stazionario:
- Componenti e dispositivi elettronici ad alta potenza, come schede a circuito stampato (PCB), filtri, antenne, ecc.
- Dispositivi medici e bioriscaldamento umano
Solutore meccanico
Il solutore meccanico è in grado di prevedere le sollecitazioni meccaniche delle strutture e la deformazione causata dalle forze elettromagnetiche e dall'espansione termica. Viene utilizzato con i solutori elettromagnetici e termici per valutare il possibile impatto delle prestazioni della forza e del riscaldamento del dispositivo.
Applicazioni del solutore meccanico:
- Desintonizzazione del filtro
- Deformazione del circuito stampato
- Forze di Lorentz negli acceleratori di particelle
Solutore PIC
Il solutore PIC (Particle-in-Cell) è un metodo di simulazione versatile e auto-coerente per il tracciamento delle particelle. Calcola sia le traiettorie delle particelle sia i campi elettromagnetici nel dominio del tempo, tenendo conto degli effetti di carica spaziale e dell'accoppiamento reciproco tra particelle e campi. Il solutore PIC è in grado di simulare un'ampia varietà di dispositivi in cui l'interazione tra particelle e campi ad alta frequenza è importante. Un'altra area di applicazione è rappresentata dai dispositivi ad alta potenza in cui il multipacting con elettroni rappresenta un rischio.
Applicazioni del solutore PIC:
- Componenti di un acceleratore
- Dispositivi a onde lente
- Multipaction
Solutore Electrostatic Particle-In-Cell
La tecnologia del solutore Es-PIC (Electrostatic Particle-In-Cell) calcola la dinamica della carica spaziale in un approccio transitorio che cattura il comportamento del dominio del tempo trascurato dall'analisi di tracciamento. L'ES-PIC calcola la carica spaziale rispetto al tempo, considerando solo gli effetti elettrostatici. Rispetto a un approccio PIC (Particle-In-Cell) puro, non vi sono corrente e campi H indotti, ma è particolarmente adatto per strutture con scale temporali elevate.
Applicazioni del solutore Es-PIC:
- Sorgente ionica al plasma
- Cannone elettronico con ionizzazione
- Analisi del breakdown a bassa pressione
Solutore per il tracciamento delle particelle
Il solutore per il tracciamento delle particelle è un solutore 3D per la simulazione delle traiettorie delle particelle attraverso campi elettromagnetici. È possibile considerare l'effetto di carica spaziale sul campo elettrico tramite l'opzione iterazione della pistola. Sono disponibili diversi modelli di emissione, tra cui fisso, limitato alla carica spaziale, emissione termoionica e di campo ed è possibile simulare emissioni di elettroni secondarie.
Applicazioni del solutore per il tracciamento delle particelle:
- Fonti di particelle
- Magneti di messa a fuoco e di orientamento del fascio
- Componenti di un acceleratore
Solutore Wakefield
Il solutore Wakefield calcola i campi attorno a un fascio di particelle, rappresentati da una corrente di linea, e i campi di attivazione prodotti attraverso interazioni con discontinuità nella struttura circostante.
Applicazioni del solutore Wakefield:
- Cavità
- Collimatori
- Monitor di posizione del fascio
Solutori PCB
Il modulo PCBs and Packages di CST Studio Suite è uno strumento per l'integrità del segnale (SI), l'integrità della potenza (PI) e l'analisi della compatibilità elettromagnetica (EMC) sulle schede a circuito stampato (PCB). Si integra nel flusso di progettazione EDA fornendo potenti filtri d'importazione per i più diffusi strumenti di layout di Cadence, Zuken e Altium. Effetti come risonanze, riflessioni, diafonia, rimbalzo di potenza/terra e rumore di commutazione simultaneo (SSN) possono essere simulati in qualsiasi fase dello sviluppo del prodotto, dalla fase di pre-layout alla fase di post layout.
La suite CST Studio Suite comprende tre diverse tipologie di solutori:
- Metodo della linea di trasmissione 2D
- Metodo PEEC 3D (Partial Element Equivalent Circuit)
- Metodo FEFD 3D (Finite-Element Frequency-Domain)
e i flussi di lavoro predefiniti per caduta IR, analisi PI e SI
Controllo delle regole
Rule Check è uno strumento di controllo delle regole di progettazione (DRC) EMC, SI e PI che legge i file di schede comuni da Cadence, Mentor Graphics e Zuken, oltre a ODB++ (ad esempio Altium). Verifica la progettazione del circuito stampato rispetto a un insieme di regole di progettazione EMC o SI. Il kernel utilizzato da Rule Check è il noto strumento software EMSAT.
L'utente può designare varie reti e componenti critici per la compatibilità elettromagnetica (EMC), ad esempio reti I/O, reti di alimentazione/massa e condensatori di disaccoppiamento. Rule Check esamina ogni rete critica per verificare che non violi nessuna delle regole di progettazione EMC o SI selezionate. Al termine del controllo delle regole vengono visualizzate graficamente le violazioni delle regole EMC o come documento HTML.
Applicazioni di Rule Check:
- Verifica delle regole di progettazione PCB per la compatibilità elettromagnetica (EMC)
- Verifica delle regole di progettazione del circuito stampato per integrità del segnale e integrità della potenza (SI/PI)
Solutore di cablaggi
Il solutore di cablaggi analizza l'integrità del segnale (SI), le emissioni condotte (CE), le emissioni irradiate (RE) e la suscettibilità elettromagnetica (EMS) di strutture di cavi complesse in sistemi elettrici di grandi dimensioni in tre dimensioni. Incorpora una tecnica di modellazione rapida e precisa delle linee di trasmissione per le configurazioni dei cablaggi in ambiente 3D metallico o dielettrico. La simulazione ibrida con il solutore di cablaggi e altri solutori ad alta frequenza consente di simulare in 3D in modo efficiente strutture contenenti cablaggi complessi.
Applicazioni del solutore di cablaggi:
- Simulazione generale SI ed EMC per i cavi
- Disposizione dei cablaggi nei veicoli e negli aerei
- Cavi ibridi nell'elettronica di consumo
Domande frequenti sui solutori EM
I simulatori EM Fullwave risolvono le equazioni di Maxwell senza approssimazioni in base alla speciale natura fisica di un problema. In genere forniscono soluzioni per applicazioni elettromagnetiche ad alta frequenza come antenne o componenti. CST Studio Suite di SIMULIA fornisce simulatori EM di dominio del tempo e dominio della frequenza.
Un solutore elettromagnetico è un'implementazione di un metodo numerico che risolve le equazioni di Maxwell. Deve coprire tutta la fisica pertinente e considerare le proprietà dei materiali e le strutture geometriche del sistema in analisi.
Il miglior software di simulazione elettromagnetica è quello che consente di svolgere il lavoro in modo rapido e preciso. Un requisito fondamentale per superare questa sfida in un unico pacchetto software è la disponibilità di una serie di metodi di simulazione numerici all'interno di questo software, in quanto un solo metodo di simulazione non è in grado di risolvere tutte le sfide della simulazione. Il portfolio SIMULIA per la simulazione elettromagnetica offre un'ampia gamma di simulatori EM per gamme di frequenza dalla CC alla luce.
La simulazione elettromagnetica o EM descrive gli approcci alla risoluzione delle equazioni di Maxwell in termini di spazio e tempo. I metodi basati sulla discretizzazione del volume sono, ad esempio, il metodo degli elementi finiti (FEM), la tecnica di integrazione degli elementi finiti (FIT), il metodo del dominio del tempo della differenza finita (FDTD) e il metodo della matrice della linea di trasmissione (TLM). Questi metodi sono molto generici e possono essere utilizzati per simulare tutte le classi di problemi. Tuttavia, esistono metodi molto più efficienti per tipi specifici di analisi elettromagnetica, come il metodo dei momenti (MOM), la corrispondenza in modalità BEM (Boundary Element Method), l'ottica fisica...
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