CST空气盒子设置时，如何调整频率范围和单元尺寸以优化仿真精度？

Question

在CST仿真中，空气盒子的设置对结果精度至关重要。如何调整频率范围和单元尺寸以优化仿真精度是常见问题。首先，频率范围应覆盖目标频段并适当扩展，确保捕捉到所有谐振模式。低频端需略低于最低工作频率，高频端则高于最高工作频率。其次，网格单元尺寸直接影响精度与计算效率。一般建议单元尺寸不大于最短波长的1/10至1/20，对于高精度需求可进一步减小。同时，在关键结构区域（如狭缝、缝隙等）采用局部细化网格，提升细节表现力。此外，空气盒子边界应足够远离模型，避免边界效应干扰，但也不宜过大以免增加计算负担。通过合理设置频率范围和单元尺寸，可在精度与效率间取得平衡，从而获得可靠仿真结果。

Answer 1

1. 空气盒子设置的基础理解

在CST仿真中，空气盒子的合理设置直接影响仿真的精度和效率。首先需要明确的是，空气盒子的作用是为模型提供一个有限的边界条件，以模拟无限空间中的电磁行为。

• 频率范围：应覆盖目标频段，并适当扩展以捕捉所有谐振模式。
• 单元尺寸：直接影响精度与计算效率，一般建议不大于最短波长的1/10至1/20。
• 边界距离：需足够远离模型以避免边界效应干扰。

例如，在设计天线时，若工作频率为1 GHz，则最低频率可设为0.8 GHz，最高频率设为1.2 GHz。

2. 频率范围的优化策略

频率范围的选择对捕捉模型的谐振特性至关重要。以下是具体调整方法：

1. 确定目标频段的最低和最高工作频率。
2. 将低频端设置为略低于最低工作频率，通常减少10%-20%。
3. 将高频端设置为略高于最高工作频率，通常增加10%-20%。

对于复杂结构，可能需要更宽的频率范围来捕捉所有的谐振模式。此外，可以通过初步仿真验证频率范围是否合适。

3. 单元尺寸的精细化调整

网格单元尺寸直接影响仿真精度和计算效率。以下是一些关键点：

参数	推荐值	说明
最小单元尺寸	最短波长的1/10至1/20	确保细节表现力，提升精度。
局部细化区域	狭缝、缝隙等关键结构	进一步减小单元尺寸以捕捉细微变化。

在实际操作中，可以结合模型的几何特征进行局部网格细化，从而在保证精度的同时提高计算效率。

4. 边界条件的平衡考虑

空气盒子的边界距离需要合理设置，既不能过近也不能过大：

if (model_size < 10 cm):
    boundary_distance = model_size * 2
else:
    boundary_distance = model_size * 1.5
    

通过上述代码示例可以看出，边界距离与模型尺寸成正比关系，但需根据具体情况调整比例系数。

5. 综合优化流程图

为了更好地理解整个优化过程，以下是一个简单的流程图：

graph TD;
            A[开始] --> B{设定频率范围};
            B -->|是| C[调整单元尺寸];
            C --> D[优化边界条件];
            D --> E[运行仿真];
            E --> F{结果满意?};
            F -->|否| B;
            F -->|是| G[结束];

此流程图清晰地展示了从频率范围设定到最终仿真的完整步骤。