TLM 是三维全波电磁算法的一种,在CST中和T-solver一样都属于时域算法,互相补充。CST于2008年将TLM求解器收购。由于TLM求解器支持一些特殊的材料和结构,比如压缩模型,二维材料,而在EMC仿真中常用这些特殊材料和结构将系统简化,TLM便派上用场。当然,在天线,PCB,生物模型SAR仿真方面,TLM也表现很好。TLM在这里我们用CST宏自带喇叭天线为例,默认为时域T-solver,也就是FIT算法,单击Mesh View查看网格,网格数约7.7万左右。
在GlobalProperties 下,转换成TLM的网格,也就是转换成了TLM时域求解器。
全局网格设置界面和时域Hexahedral网格一样。TLM网格加密重点在于这个界面下的Specials,我们等下解释。这里我们使用默认设置,关闭界面。这时再查看网格MeshView会发现没有变化,因为TLM网格会在求解器运行同时自动更新。点击T-solver时域求解器,再次确定Meshtype已经自动选择TLM,然后开始仿真Start。
仿真结束后,去到后处理Post-processing旁边的logfile,可查看TLM的cell lumping功能自动节省多少网格数,这里是70%左右,也就是说TLM实际使用网格数为2万左右。不同的模型网格减少量略有差别,大多数结构都能减少70%-90%,甚至90以上,相应的仿真时间也会减少。
这时再重新点击MeshView查看网格,可见TLM网格是结构附近树状聚集(octreemesh)。由于TLM也支持最新的PBA技术,任何斜面曲面都能完美识别和计算,具体表现为变形的近结构网格。
看一下结果S11,这里我们快速转换成FIT和FEM,用默认值仿真和TLM一起作比较,可以发现在没提高精度的情况下,S11在8-10GHz还是有1dB 左右的差别。
接下来我们简单提高一下TLM计算的精确度,其他设置当然包括求解器精度,边界条件精度,材料精度等,这里我们只讨论一下网格。在Mesh Global Properties的Specials 网格特殊设置,大多设置和时域频域求解器一样。TLM加密重点在Discretizer界面:
- Limit octree cellsize near to model to: 近结构的网格尺寸,默认为Mesh Global Properties设置的最大Hexahedral网格, 也可以手动定义绝对值。
- Cell sizesmoothing ratio: 网格尺寸过渡比,有效范围2-5,默认为4,加密推荐2或3。
- Limit cellconnects to 2:1:勾选会限制连接某个网格的网格数量为2,不勾选默认允许到5。此数量比和尺寸比可一起使用,确保网格平滑和精确,推荐常使用。
- Point accuracyenhancement:内部三维结构处理和计算矩阵使用,默认为0%。100%意味着最高三维处理,但求解过程变慢。如果网格划分遇到问题,或结构棱角细节精细,可适当调高,比如50%。
- PBA设置,推荐常使用。
- Maximum timestepreduction factor:由于太小的网格会影响时域计算的time step,一般用默认的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 |
在分别加密和提高精度后,可以很容易得到三个不同算法的同样结果,S11误差控制在0.3dB以下;另外部分远场数据比较也基本相同。这里我们案例相对简单,其实更复杂的天线和系统的TLM仿真结果也被CST的技术人员和很多CST用户验证过,表现都很不错。当然,TLM不是万能的,也不能完全替代FIT,本文重点是帮助大家了解和使用TLM。
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