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CST软件与程序算法对比 对于线缆空间电磁场电磁耦合计算的问题，可以有多种方法进行计算。如果要直接计算时域下的线缆激励响应，我们通常使用电磁仿真软件CST STUDIO SUITE进行仿真，CST软件内置了多个子工作室，其中CST微波工作室与CST线缆工作室都可以进行该类问题的仿真，为了进一步了解两个工作室的计算原理，下面对两种工作室的算法进行简单的介绍，最后跟我们提出的时域混合算法FDTD-TL进行对比。 微波工作室 微波工作室（Microwave Studio）的主要算法基础是有限积分法(Finite Integration Technique, FIT)。该算法离散麦克斯韦方程组，用中心差分代替时间导数，生成显示递推方程，其时域标准形式与 FDTD 类似。 FDTD或者FITD都是先在时域计算，用一个宽频谱的激励信号（方波或者高斯波都有）去激励模型，在时域计算然后去反演到频域。系统的网络参数和场参数基本上是反演后的得到的。特点是可以计算相当大的带宽结果，而不需要像用ansoft，可能要把大带宽分割后分别仿真。CST计算过程中，由于没有FEM计算过程中矩阵求逆过程，计算时间和网格数成线性增长关系，而FEM的是指数增长关系。 图1 时域算法和频域算法对CPU和内存需求的数学原理 对于计算线缆问题，微波工作室将线缆同接地板、屏蔽腔等物体直接在空间中进行网格剖分，再通过有限积分法进行迭代计算。对于集总元件所在的网格通过SPICE电路算法进行处理，最终得到集总元件上的电压以及电流响应。 线缆工作室 线缆工作室（Cable Studio）核心算法基于经典的传输线理论，将线缆和载体的几何特性和材料特性转化为等效电路，最终在电路仿真器中完成计算，可以解决载体系统中互连线缆的辐射、耦合以及串扰问题。 线缆工作室利用 3D 电磁场求解器计算从边界出发的入射波在线上形成的分布电压源（2D边界元法BEM），而解析法分析认为入射场无损耗地加载在线缆上。如果空间媒质分布复杂，两者的计算结果会表现出差异。 线缆工作室算法局限性： 1、基于经典的传输线理论，只考虑TEM传播模式，所有生成的等效电路在0-Fmax范围内是有效的。Fmax受捆扎线束的横截面的最大尺寸限制。 2、TEM传播模式意味着至少有两个承载导体（形成往返回路），通常N个导体有（N-1）个传播模式，空间如果只有一根单线（裸线）而没有任何参考地（典型的如天线）除了直流以外的频域将无法准确生成模型。 3、3D线缆线束结构会由程序自动分割为有限个之弦断。对于不同的段通过2D静态场求解生成不同的传输线参数。电缆终端和弯曲处引起的场效应不计入仿真。 4、混合算法中的场耦合以及辐射敏感度分析忽略了由线缆自身电流产生的场又反过来对该电缆本身的电磁相互作用，这对特殊应用（如封闭盒子内的电缆谐振） 线缆工作室中建立可视化模型时，模型必然为有限大，而且计算机有限的硬件资源也只能处理有限大的实体。软件在计算线缆问题时必须定义一块金属，代表大地或是载体机壳。 时域混合算法FDTD-TL FDTD-TL算法的原理是：首先利用电磁仿真软件建立移除了传输线的设备屏蔽腔结构模型，导出生成STL格式文件。利用传输线方程建立屏蔽腔内传输线的电磁耦合模型。然后，结合FDTD自动网格剖分技术，读取该STL格式文件，实现设备屏蔽腔结构的快速建模和网格剖分。通过FDTD方法对设备屏蔽腔结构进行全波模拟，计算得到传输线的激励场。在每一个FDTD时间步进中，将FDTD计算得到的激励场引入到传输线方程作为等效分布电压源和分布电流源。然后采用FDTD差分格式对传输线方程进行离散，从而迭代求解出传输线终端负载上的电压和电流响应。具体实现过程如图2所示。 图2 FDTD-TL算法的实现过程 同样地，采用FDTD的差分格式对传输线进行离散，得到FDTD-TL算法的迭代公式。需要注意的是，虽然FDTD-TL算法的迭代公式与式（3-8）和（3-9）相同，然而 FDTD-TL算法在每一个时间步进上，将FDTD计算得到的传输线激励场引入到传输线方程，实现空间电磁场与传输线瞬态响应的同步计算，具体的迭代步骤为： 计算n时刻的传输线激励场和，具体计算公式为： 和； 迭代n+1/2时刻的磁场； 迭代n+1时刻的电场； 计算n+1时刻的传输线激励场和； 迭代n+1/2时刻的电流； 迭代n+1时刻的电压。 整理得到三种方法的原理对比如下表所示： 仿真方法 基本原理 主要特点 计算线缆问题的局限性 微波工作室 (时域)有限积分法 1.通用性较好，对于任意结构线缆都能进行建模。 2. 计算结果较为准确。 1.对精细线缆结构网格剖分量大，导致计算较慢。 2.负载电路建模不方便。 3.无法对无限大地面进行建模。 线缆工作室 (时域)有限积分法+ 传输线方法 1.提供常见