TLM求解器
TLM 是三維全波電磁算法的一種,在CST中和T-solver一樣都屬于時域算法,互相補充。
CST于2008年將TLM求解器收購。由于TLM求解器支持一些特殊的材料和結構,比如壓縮模型,二維材料,而在EMC仿真中常用這些特殊材料和結構將系統簡化,TLM便派上用場。
當然,在天線,PCB,生物模型SAR仿真方面,TLM也表現很好。TLM在這里我們用CST宏自帶喇叭天線為例,默認為時域T-solver,也就是FIT算法,單擊Mesh View查看網格,網格數約7.7萬左右。
在GlobalProperties 下,轉換成TLM的網格,也就是轉換成了TLM時域求解器。
全局網格設置界面和時域Hexahedral網格一樣。TLM網格加密重點在于這個界面下的Specials,我們等下解釋。這里我們使用默認設置,關閉界面。這時再查看網格MeshView會發現沒有變化,因為TLM網格會在求解器運行同時自動更新。
點擊T-solver時域求解器,再次確定Meshtype已經自動選擇TLM,然后開始仿真Start。
仿真結束后,去到后處理Post-processing旁邊的logfile,可查看TLM的cell lumping功能自動節省多少網格數,這里是70%左右,也就是說TLM實際使用網格數為2萬左右。不同的模型網格減少量略有差別,大多數結構都能減少70%-90%,甚至90以上,相應的仿真時間也會減少。
這時再重新點擊MeshView查看網格,可見TLM網格是結構附近樹狀聚集(octreemesh)。由于TLM也支持最新的PBA技術,任何斜面曲面都能完美識別和計算,具體表現為變形的近結構網格。
看一下結果S11,這里我們快速轉換成FIT和FEM,用默認值仿真和TLM一起作比較,可以發現在沒提高精度的情況下,S11在8-10GHz還是有1dB 左右的差別。
接下來我們簡單提高一下TLM計算的精確度,其他設置當然包括求解器精度,邊界條件精度,材料精度等,這里我們只討論一下網格。在Mesh Global Properties的Specials 網格特殊設置,大多設置和時域頻域求解器一樣。TLM加密重點在Discretizer界面:
Limit octree cellsize near to model to: 近結構的網格尺寸,默認為Mesh Global Properties設置的最大Hexahedral網格, 也可以手動定義絕對值。
Cell sizesmoothing ratio: 網格尺寸過渡比,有效范圍2-5,默認為4,加密推薦2或3。
Limit cellconnects to 2:1:勾選會限制連接某個網格的網格數量為2,不勾選默認允許到5。此數量比和尺寸比可一起使用,確保網格平滑和精確,推薦常使用。
Point accuracyenhancement:內部三維結構處理和計算矩陣使用,默認為0%。100%意味著最高三維處理,但求解過程變慢。如果網格劃分遇到問題,或結構棱角細節精細,可適當調高,比如50%。
PBA設置,推薦常使用。
Maximum timestepreduction factor:由于太小的網格會影響時域計算的time step,一般用默認的2就行。
9GHz Farfield | FIT | TLM | FEM |
Total Efficiency (dB) | -0.03908 | -0.03678 | -0.03780 |
Directivity (Max, dBi) | 13.30 | 13.31 | 13.30 |
Angular width (3dB, deg) | 36.9 | 36.8 | 37 |
在分別加密和提高精度后,可以很容易得到三個不同算法的同樣結果,S11誤差控制在0.3dB以下;另外部分遠場數據比較也基本相同。這里我們案例相對簡單,其實更復雜的天線和系統的TLM仿真結果也被CST的技術人員和很多CST用戶驗證過,表現都很不錯。當然,TLM不是萬能的,也不能完全替代FIT,本文重點是幫助大家了解和使用TLM。