CST仿真，如何進(jìn)行時(shí)域自適應(yīng)網(wǎng)格設(shè)置
這一期，我們回答一個(gè)大家非常關(guān)注的網(wǎng)格的問(wèn)題。仿真軟件的網(wǎng)格質(zhì)量直接決定仿真的精度和效率，設(shè)置合理的網(wǎng)格才能將仿真做的又快有準(zhǔn)。CST的微波工作室有多種求解器，如果用頻域求解器（F）來(lái)仿真，有限元算法只要結(jié)構(gòu)模型不是過(guò)于復(fù)雜，都能自動(dòng)完成網(wǎng)格剖分，并在仿真中進(jìn)行自適應(yīng)網(wǎng)格，一般模板都默認(rèn)設(shè)置，如下圖所示：
CST的頻域求解器在很多領(lǐng)域很強(qiáng)大，但不是今天的主角。很多CST的用戶(hù)都知道時(shí)域求解器（T），可以說(shuō)是CST最受歡迎的一個(gè)求解器也不為過(guò)，但很多人不清楚如何才能對(duì)時(shí)域求解器的網(wǎng)格進(jìn)行設(shè)置，及何時(shí)進(jìn)行自適應(yīng)網(wǎng)格設(shè)置。那么問(wèn)題來(lái)了：如何在CST微波工作室中進(jìn)行時(shí)域自適應(yīng)網(wǎng)格設(shè)置?
1. 第一步就是選擇合適的模板。
2. 進(jìn)行自適應(yīng)網(wǎng)格加密
在這里我們引用之前另一篇文章，仿真實(shí)例001：圓極化平板天線仿真01。
讀者可以先根據(jù)這篇文章完成一個(gè)簡(jiǎn)單的Patch天線的建模以及仿真。并得到S參數(shù)如下圖所示：
在完成那篇文章的仿真后繼續(xù)進(jìn)行自適應(yīng)網(wǎng)格設(shè)置。首先進(jìn)入全局網(wǎng)格設(shè)置，點(diǎn)擊六面體網(wǎng)格Hexahedral，如下圖所示：
這里我們由于在第一步中使用了天線模版，所以默認(rèn)的網(wǎng)格設(shè)置如下圖所示：
這里對(duì)這個(gè)頁(yè)面的參數(shù)設(shè)置進(jìn)行一下說(shuō)明，以下內(nèi)容都可以點(diǎn)擊上圖中的help可見(jiàn)。
Maximum cell（最大網(wǎng)格大小）：
Cells per wavelength是以最大仿真頻率的波長(zhǎng)來(lái)劃分網(wǎng)格。
Near to model是指靠近結(jié)構(gòu)模型的區(qū)域，F(xiàn)ar from model是指非結(jié)構(gòu)模型區(qū)域。這里在Use same setting as near to model打勾了，遠(yuǎn)離模型區(qū)域和靠近模型區(qū)域即采用一樣網(wǎng)格設(shè)置。具體如何區(qū)分靠近模型（Near to model）Near還是遠(yuǎn)離模型（Far from model），見(jiàn)下圖：
在這個(gè)仿真例子是仿真的0.6GHz-1.3GHz的平板天線，所以按最大頻率算，最大網(wǎng)格應(yīng)該是300/1.3/15，約15.4mm,即在本仿真模型下限制了，最大的網(wǎng)格大小不大于這個(gè)值。
Cells per max model box edge是以模型區(qū)域來(lái)分網(wǎng)格：這里指的是仿真的模型結(jié)構(gòu)的尺寸，也是上圖的藍(lán)色區(qū)域。
在這個(gè)仿真例子中，仿真的大地板的尺寸是300/20=15mm，即在本仿真模型下限制了靠近模型區(qū)域（紅色），最大的網(wǎng)格大小不大于這個(gè)值。遠(yuǎn)離模型區(qū)域最大網(wǎng)格數(shù)不大于300/1=300mm。
靠近模型處（Near to Model）這兩個(gè)最大網(wǎng)格限制的值15.4mm和15mm，以小的值為最后的最大網(wǎng)格限制，即結(jié)合這兩個(gè)值后，軟件限制本仿真靠近模型區(qū)域最大網(wǎng)格數(shù)不大于15mm。遠(yuǎn)離模型處（Far from Model）藍(lán)色區(qū)域最大網(wǎng)格限制分別為15.4mm和300mm。最后得到整個(gè)模型的最大網(wǎng)格不大于15mm，見(jiàn)上上圖中最后的限制后得到的最大網(wǎng)格值是14.8012mm。
以上計(jì)算稍微復(fù)雜，如果不能看清的話(huà)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是，電大尺寸的模型網(wǎng)格受限于Cells per wavelength，電尺寸小的模型最大網(wǎng)格受限于Cells per max model box edge。這四個(gè)值越大，網(wǎng)格越密。
Minmum cell（最小網(wǎng)格大小）
這里Fraction of maximum cell near to model是指最小網(wǎng)格與最大網(wǎng)格的比值，這里是15mm/20=0.75mm。意思是最小網(wǎng)格必須大于0.75mm。當(dāng)然也可以下拉這個(gè)選項(xiàng)，設(shè)置絕對(duì)值A(chǔ)bsolute value。
本仿真中顯示的最小網(wǎng)格是1mm，值得注意的是，這個(gè)值非常重要，直接決定了時(shí)域仿真的最小步長(zhǎng)，也就決定了仿真的時(shí)間！同時(shí)這里的網(wǎng)格數(shù)78706，也決定仿真的時(shí)間，所以如何設(shè)置足夠準(zhǔn)確描述模型，又盡量少的網(wǎng)格是非常重要的。
回到主題上來(lái)，在觀察了初始模版的網(wǎng)格參數(shù)后，點(diǎn)開(kāi)時(shí)域求解器，勾選自適應(yīng)網(wǎng)格，如下圖所示：
并在Adptive Mesh Refinement中，希望每次迭代增加5的網(wǎng)格，例如上文中的網(wǎng)格（15，15）每次增加到（20，20），再增加到（25，25），默認(rèn)的迭代次數(shù)2-6次，設(shè)置成如下圖所示：
點(diǎn)擊Start，再次啟動(dòng)仿真。仿真結(jié)束后彈出對(duì)話(huà)框如下圖所示：
點(diǎn)擊確定，將自適應(yīng)后的網(wǎng)格更新到全局網(wǎng)格中。再次打開(kāi)全局網(wǎng)格，如下圖所示：
此時(shí)，經(jīng)過(guò)四次迭代網(wǎng)格設(shè)置為（30，30），最小網(wǎng)格0.45，網(wǎng)格數(shù)296370。點(diǎn)擊S參數(shù)，并選擇4次自適應(yīng)網(wǎng)格迭代的結(jié)果，如下圖所示：
S參數(shù)結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)四次網(wǎng)格自適應(yīng)加密，S參數(shù)差別已經(jīng)非常小了，可見(jiàn)最后的結(jié)果已經(jīng)收斂了。
小結(jié)
對(duì)CST網(wǎng)格熟悉的用戶(hù)，可以憑借經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)全局網(wǎng)格和局部網(wǎng)格（后續(xù)展開(kāi)介紹），來(lái)創(chuàng)建最合理高效的網(wǎng)格。對(duì)于有部分精細(xì)結(jié)構(gòu)的模型，單單增加全局網(wǎng)格明顯不夠效率，最好的方式是采用局部網(wǎng)格加密。
通常對(duì)于剛開(kāi)始進(jìn)行建模設(shè)置仿真，因?yàn)榍捌谧赃m應(yīng)網(wǎng)格比較浪費(fèi)仿真時(shí)間，一般不建議使用自適應(yīng)網(wǎng)格。只需要用軟件模板推薦的網(wǎng)格設(shè)置即可，在確定大致無(wú)誤后，再使用上文方法2的自適應(yīng)網(wǎng)格來(lái)加密，或者直接進(jìn)行手動(dòng)的自適應(yīng)網(wǎng)格加密，用來(lái)確定結(jié)果是收斂準(zhǔn)確的。這樣做能有效的節(jié)省仿真時(shí)間。
當(dāng)然像本篇這個(gè)仿真模型，在設(shè)計(jì)調(diào)試初期，適當(dāng)稀疏的網(wǎng)格能提高仿真的效率。如果有過(guò)一次自適應(yīng)的網(wǎng)格加密經(jīng)驗(yàn)，并希望一開(kāi)始就得到更準(zhǔn)確的仿真結(jié)果，可以直接在初始網(wǎng)格就設(shè)置成（30，30）。
