CST進階之路：第一節 MATLAB—CST聯合仿真之入門
微波仿真論壇 公眾號 原創投稿 掃碼閱讀
作者簡介
內容安排及教程代碼獲取
CST進階之路：第一節 MATLAB—CST聯合仿真之入門
1. 前言
近幾年，經常查閱文獻的科研人員會發現，我國學者發表在天線與電波傳播領域的高水平期刊論文越來越多，從文獻的內容也可以看出天線設計與電波傳播的分析水平也越來越高，不過很大一部分都借助了全波仿真軟件工具來驗證設計方法和結果，通常我們采用的主流仿真軟件基本都是國外的，如圖1所示，其中HFSS已被Ansys收購，CST已被達索收購。
1 國外主流的電磁仿真軟件
全波仿真工作需要一定的專業知識和良好的精力和體力儲備，從我們的科研力量組織構成來看，一般干底層仿真活的主力基本都是碩士和博士。由于社會生產力迅猛發展導致專業人才缺口大，目前的現狀是研究生的培養規模大、時間短、任務重，尤其是物質保障與社會經濟的發展有點脫節，導致大多數研究生為了生計而不得不出賣勞動力，因此他們沒有太多精力投入到各種仿真軟件的摸索和學習中，從而浪費了大量的時間在笨拙的建模方式和結果處理上。所以，對于一線的天線研究人員來說，專心用好一款仿真軟件，減少在軟件上的摸索時間，提高設計效率，為其他創造性的科研活動騰出時間就顯得尤為重要了。
鑒于此，我決定將一些能提高天線設計效率的軟件操作方法分享出來，因為我在科研中用到的一些方法和技巧幫我節約了大量時間，以至于能把更多精力放在別的更加有用的地方，比如寫了這篇教程。
在發表此詳細教程之前，我已于2016年底在微波仿真論壇：
http://bbs.rfeda.cn/read.php?tid=106664
和CST中國官方論壇：
http://www.cst-china.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=2451
發過一篇名為“【干貨福利之代碼共享】MATLAB控制CST進行建模仿真”的帖子，我記得當時就花一個多小時隨便寫了一個小DEMO上傳。但是令我驚訝的是，兩年來這篇帖子長期霸占CST板塊的熱帖，累計瀏覽量過萬，不過下載量只有幾百，后來我發現很多人是沒有權限無法回復或者懶得回復而不能下載。此外，在這兩年里還有大量的人發站內信請我發代碼給他們，也有人提出了很多操作層面問題和我交流。
事實上，據我了解，國內很多厲害的重點實驗室在MATLAB與CST聯合仿真方面上已經有了大量積累，但是網上卻很難見到相關內容的分享。這兩年來關于MATLAB控制CST的操作我也時不時摸索一下，其實還有很多問題沒有解決好。但是我深知任何事情都不要等準備完美再去做，只有邊做邊迭代才能收斂到理想的狀態，所以我決定將一些還不是很完善的操作方法和技巧與大家分享，也歡迎大家多提意見幫忙一起迭代。
2. 入門基礎
說到編程語言，我想理工科的本科生都學習過C語言，大多數也選修過MATLAB，當然這幾年火遍全球的Python語言也是勢不可擋。但由于MATLAB非常容易上手且網上隨手一搜就有答案的特性，我覺得研究一下MATLAB控制CST的方法是很有必要的。在此之前我都是用CST自帶的VBA編程，或者用Visual Basic編程來控制，后來發現用起來挺麻煩的、也很費時。可能是我不是很熟悉Basic語言的原因，我始終覺得用VBA很不方便，就在網上查找關于用MATLAB控制CST的方法，終于在一個國外的論壇找到了利用invoke()函數調用控件的方法，之后又查到了CST的官方說明文件。掌握MATLAB和CST聯調的初級使用方法后，我就開始基于科研中的一些實際問題研究各種操作方法與技巧，后來發現很多技巧在科研中幫助還挺大。
下面就開始介紹怎么用MATLAB來控制CST軟件，不過在此之前，建議大家優先看一下CST的官方文件，下載地址：
https://share.weiyun.com/51zMlKR
提取密碼：
0o1yx6
假如你一看到英文就頭疼，那就看下面的入門吧。
首先大家想到的就是怎么讓MATLAB連接到CST，只有抓住了它，才能控制它。很顯然這就必須要CST公司提供控件的接口，就是下面這行命令：
復制代碼
- [size=2][size=2]cst =actxserver('CSTStudio.application')[/size][/size]
其中“cst”可以是任意的合法變量名，給它賦值后它就成為了一個句柄類型的變量（handle）。
接下來就要新建一個CST工程或者打開一個CST工程了。
復制代碼
- [font=宋體] [/font][size=2]mws = invoke(cst, 'NewMWS')[/size]
- [size=2] invoke(mws, 'OpenFile',‘filename.cst');[/size]
新建一個工程之后，我們先不著急設置環境參數，為幫大家弄明白這個MATLAB的代碼是怎么來的，先來看如表1所示的對比。
表1 VBA代碼和MATLAB代碼一一對應
左邊一列是CST中比較典型的一段建立立方體的代碼，假如你從來沒有看到過這段代碼，請在CST里面隨便畫一個立方體，然后打開歷史樹，雙擊建立立方體的那段命令，就會得到其詳細的代碼，請看下圖。
2 歷史樹列表
這段代碼就是一段典型的VBA命令，學習過編程語言且有基本編程思想的人應該都能明白這段代碼的意思，我就不贅述了。為了能在MATLAB里面實現對CST的控制與操作，我們的基本思路就是要將這段代碼翻譯成MATLAB能執行的命令，如表1中右邊一列所示。這樣一對比是不是感覺清晰明了。但是肯定有人發現有些操作在CST的歷史樹里面是看不到的，那么請在CST界面按F1進入幫助，如下圖所示，你就能夠看到幾乎所有可供操作的VBA命令，而留給我們做的就是看懂VBA的命令，然后把它翻譯成MATLAB代碼。有的人看到這里就已經按捺不住了：“如此簡單為什么沒有人告訴我呢?”
3 CST幫助文檔里面的VBA使用指南
3. 入門范例
我想有的同學看到上面的介紹就已經基本掌握了精髓，可以獨立在MATLAB里面編寫代碼操作CST了，但是有點同學雖然明白了其中的道理，還是無從下手，那就請看下面詳細的范例程序介紹。
下載示例代碼之后，在同時裝有MATLAB和CST的電腦上運行。強烈推薦使用CST2018，我的MATLAB版本是2016b。MATLAB的版本老一點沒有關系，CST版本盡量用最新的版本，不然運行后續內容會有麻煩。
有的同學第一眼看到范例中的代碼是不是覺得很煩躁，怎么亂七八糟的，那是因為我沒有將各種操作打包成函數，這是為了讓大家熟悉完整翻譯VBA代碼的過程，不過你要有代碼潔癖的話可以自己重寫。我主要是提供思路，大家可以自由發揮。
關于代碼中關鍵步驟的介紹：
①基本的環境參數設置
在初次使用CST的時候會有一個引導你設置模板的向導，設置完成后，每次新建項目都會出現如圖4所示的模板，根據需要點擊相應模板就不用再進行環境參數設置了。
4 新建項目
借助建立模板的思路，如圖5所示，在編寫MATLAB控制CST仿真的代碼時就可以根據模板里的VBA代碼來改寫。在示例程序中，我將列出了一些常用的環境參數設置，各位在編寫代碼時候可以將常用的一些設置打包成函數，方便下次直接調用。
5 新建項目模板的VBA代碼
②建立貼片天線的實體模型
圖6所示的動圖是示例代碼運行過程中的截圖，可以看出CST在執行基本的建模操作時，比較流暢。建模的過程在示例代碼中的展示比較充分，大家可以仔細琢磨一下，簡單易上手。
（該動圖需至公眾號查看）
6 貼片天線自動建模演示（gif）
③添加饋電端口
在貼片兩端的微帶線上添加端口，從示例代碼中的說明可以知道，在設置端口時采用了一個方法，就是完全模仿我們在CST設置端口的操作方法，將鼠標的點擊操作變成了MATLAB的命令，也就是通過代碼完全復現手動操作的過程。這個理念很重要，有些復雜操作利用這種理念來解決，可以很直觀地實現，后續課程會進一步用的此思想。
④仿真和保存結果
這一步，出現了一個至關重要的問題，大家注意看示例代碼的末尾，我特意將退出程序這行命令注釋了。這是因為假如我們將仿真完成并有結果的工程關閉之后，再打開，大家可以發現歷史樹里面就只剩兩行命令了，如圖7所示。也就是說此種情況下，如果你點擊遠場方向圖的結果就會報錯，因為沒有端口。而假如此時重新添加端口，只要一更新項目，那么已生成的數據會消失，重新修改模型的幾何參數，只要一更新模型，那么之前建立的整個模型就會消失了。此問題我還沒有找到很好的解決辦法。
7 關閉之后再打開的工程
因此，對于重要仿真結果，特別是要花很長時間才仿真完成的項目，最好使用命令將其需要的結果導出保存。或者就是建模之后將模型導出，重新導入之后再設置好參數、添加好端口之后仿真（手動操作完成）。不過總體來看，利用MATLAB來操作，還是提供了很多方便，可以在一定程度上節省建模時間。
4. 這么簡單，學會用了嗎?
比如老師布置了一個任務，要你設計一個曲面共形的微帶貼片陣列，需要生成一個“奇怪”（例如余割平方）的方向圖，這個方向圖是用于星載SAR成像的，為了使陣列單元布局更加合理優化，老師還想你采用非均勻的布陣方法組陣。但問題是貼片單元布局一變，單元的有源方向圖就發生了改變，用于陣列綜合的有源方向圖參數也就變了，要只用CST仿真優化的話還挺麻煩的，每次仿真完都得手動調整大量單元的各種參數，本來仿真一次就要花好多時間，人工干預更是讓人煩躁頭疼，不知道要多久才能搞完，就想著要是能自動優化就好了。轉念一想，今天學習了MATLAB控制CST的方法，要是用MATLAB來控制CST進行建模、仿真、結構參數優化、方向圖分析與綜合等自動操作，不就行了嗎?假如你已經想到了具體步驟與方法，我想你屬于一點就通型，但是實際過程中你還是會遇到許多意想不到的問題，不過應該能想到解決方法；假如問題稍微復雜一點，你就發現雖然自己掌握了核心技術，但是沒辦法使出勁來，那就請耐心學習后續課程，我想學完之后你一定會有一個全新的認識。
當然，我也還在MATLAB和CST聯合仿真的摸索和學習中，也還有許多問題待解決，因此我們應該放平心態，一起討論。
課后討論（加相關微信群）
課后討論（移步 論壇 或 交流群）：
在將MATLAB里面的變量傳遞給CST時，以下三種寫法有什么區別和聯系?什么情況下用什么代碼不會出現問題?
致謝
本節校對與代碼測試人員：
王志娟，成都電子科技大學本科，國防科技大學電子科學學院碩士研究生在讀。
作者簡介：
劉燚，國防科技大學電子科學學院電子科學系電磁調控技術教研室講師，主要從事微波毫米波技術、天線理論與設計等方向的教學和科研。
郵箱：yi_liu@nudt.edu.cn
獲取代碼及深入交流
教程獲取：關注公眾號“微波仿真論壇”
示例代碼：請在公眾號后臺回復“CST001”獲取下載鏈接
配套微信群：加編輯Amy_wang微信: 18010874378 （請備注:MATLAB-CST)
論壇留言：http://bbs.rfeda.cn/read-htm-tid-112942.html
微波仿真論壇 公眾號（bbs.rfeda.cn)
2006-2018專注微波12年，現13萬微波會員
長按二維碼關注公眾號
會員注冊 | 資料下載 | 會議信息 | 微波培訓
加編輯Amy_wang微信 （備注:MATLAB-CST)
至 論壇公眾號 交流 點擊此處
好實用！
Qt: Untested Windows version 10.0 detected！ 在matlab里面打開cst命令，出現這個錯誤
你CST版本更新到2018和MATLAB版本高于2016b，應該沒有問題的，我找了好幾臺電腦測試
謝謝 我回去再把這個重裝吧
厲害了，很實用
非常好的帖子，希望課程完了以后能整理成PDF文檔，
這樣某些圖片不會有水印，也更清晰一些
關注公眾號閱讀體驗更好
微波仿真論壇的公眾號早就關注了，
希望能關注才女你的公眾號
我沒有公眾號，我的意思是你關注微波仿真論壇了就可以看到完整版的教程了，圖片也沒有水印
錯誤使用 Interface.CSTStudio_application.NewMWS.Port/invoke
調用錯誤: 未知的名稱或已命名參數
出錯 PatchAntenna (line 232)
invoke(port, 'TextMaxLimit', '0');
這是什么原因?
好吧，看了一眼cst里的history，沒有這行命令，版本太低了
是的，裝個高版本嘛
您好，出現：錯誤使用 Interface.CSTStudio_application.NewMWS.TraceFromCurve/invoke
求解答，感激
請仔細看文章對照檢查，你要先排查原因，看看軟件版本對不
設置單位的時候，時間和Geometry沒有改變，請問怎么回事呢?
hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh
謝謝分享
錯誤使用 Interface.CSTStudio_application.NewMWS.Brick/invoke
調用錯誤，調度異常:
源: CST MICROWAVE STUDIO 2019
說明: This name already exists, please choose a unique name
Brick(brick, Str_Name, Str_Component, Str_Material, x, y, z);
請問這個為什么錯了
通過Matlab畫出的圖形，在CST里沒有歷史記錄，模型也不那么再修改。有沒有好的辦法，能夠在CST中手動二次修改模型的?
木有好辦法，可以手動先畫好，在用MATLAB來控制模型參數的變化
