如今对于射频工程师来说，面临最主要的压力是如何缩短产品设计优化周期，但为设计一个产品，有时需要使用不同的软件方能完成，它们之间的相互协同和数据交换是加快产品设计周期的瓶颈。为解决这一问题，CST提供了一条很好的思路 -- 将不同的电磁算法，有限积分法（FIT）、有限元法（FEM）和矩量法（MoM）等全面集成于一个统一的用户界面。这一通用电磁仿真平台，不但能够对孤立器件进行优化，而且更重要的是能够在全局层面上对整个系统的各个部件进行协同优化设计。这就是CST 2012版引入的全新的系统组合仿真技术（SAM）。

 系统组合仿真技术（SAM）

     系统组合仿真技术（SAM）的核心概念是将一个复杂三维电磁系统分解为各个线性耦合的子系统，采用原理图形式对其进行分解、描述和管理。最简单的例子就是只有一个3D电磁结构的子系统模块，用户采用SAM可以对此模块采用不同的电磁算法进行求解并比对，或在同一个仿真工程中对不同参数设置下的模型进行仿真。

     在SAM中用户能够设置仿真序列，使仿真一个接一个地循序进行。比如对高功率滤波器进行多物理场协同仿真设计，就可以采用SAM进行。首先进行滤波器S参数的电磁场仿真，然后再对欧姆损耗引起的热进行温度场仿真，接下来再对热应力所造成滤波器结构形变进行结构力学仿真，最后再对由于结构变形造成的滤波器通带特性变化进行新一轮电磁场仿真，这样就完成了一个完整的滤波器多物理场协同仿真，整个仿真过程完全包装在一个SAM工程中。

     在SAM中全三维电磁结构全部采用原理图形式表示，反过来，用户可以通过编辑原理图就能够定义复杂三维模型。用户可以指定哪个模块采用哪种算法在哪种并行模式下进行仿真？

     三维电磁结构可以用S参数或用等效场源来表示。采用这种组合式仿真可以大大降低对整个三维电磁结构的仿真时间，同时还能提高仿真精度。当然，SAM中也能够定义一个三维结构并全部采用三维电磁算法进行仿真。

 CST设计工作室

     用户通过CST设计工作室（CST DS）页面进入SAM，通过DS中的“Task”任务启动并定义SAM。2012版对“Task”功能做了许多改进，最主要的是引入了任务嵌套功能，比如，在参数扫描进程中还能够进行优化。

     新的数据表格页面的引入大大简化了对结果数据的提取、分类以及过滤。CST DS 2012版中还增加了内置半导体元件库，如安森美半导体（ON Semiconductor）和意法半导体（STMicroelectronics）的芯片。

 CST微波工作室时域求解器

     2012版中对CST微波工作室时域求解器进行了许多改进，尤其是在材料设置方面，如表面阻抗、宽带损耗正切、高阶磁色散材料以及半透膜材料等。还引入了场致材料模型，进而能够对射频等离子体的电击穿现象进行仿真。关于电磁结构尺寸以及材料属性的时域宽带灵敏度分析也进行了改进。

 双向耦合

     在仿真外界电磁场对线缆线束的电磁干扰时，有两种仿真方法。一种是所谓的“微扰法”，即，先假设线缆线束不存在，求解得到电磁场，再将线缆线束置入该电磁场中计算其上磁场/电流分布，得到线上的干扰电压。此方法也叫做单向耦合。而实际情况下，线缆线束的存在与否对其周边的电磁场影响很大，如场型畸变、线缆谐振等，所以在计算电磁场时我们必须将线缆线束同时考虑进去，这就是“双向耦合”方法。

    2012版的CST电缆工作室加入了瞬态双向耦合仿真，可以对任意复杂三维结构下的任意敷设复杂线缆线束进行自洽的电磁耦合仿真。如：整机、整车、整弹、整舰等中复杂线缆线束在受到强电磁脉冲（EMP）照射时其上所感应的瞬态冲击电压和电流的仿真。CST能够有效精确地仿真电大尺寸的载体与精细线缆横截面结构共存的情形。图2示出阿帕奇直升机中一电缆在受到EMP打击情况下的瞬态冲击效应的仿真。

 有限元模式降阶求解器

     2012版引入了基于任意阶曲面元四面体网格的有限元模式降阶求解器，它使得网格能够很好地与结构共形，大大地提高了仿真精度。对于那些需要大量扫频插值点的仿真，如高阶滤波器或超宽带结构，其性能远优于通用求解器。

 有限元本征模求解器

     2012版CST在原有有限积分本征模求解器的基础上，又引入了基于高阶曲面元四面体网格的有限元本征模求解器。同时它采用了非结构性有限元网格技术，能够分辨精细结构，使得仿真速度和精度得到明显地提高。

 多层平面矩量法求解器

     2012版CST微波工作室新增了一个专用于多层平面结构的矩量法求解器。叠层结构可以直接从三维结构获得。可以不是严格的平面结构。该求解器支持开放辐射边界条件，自动进行边缘处网格加密，自动进行端口的去嵌处理。该求解器特别适用于平面微带天线、平面结构滤波器、微波毫米波集成电路（MMIC）、低温共烧陶瓷（LTCC）电路以及平面馈电网络的仿真设计。SAM中支持此求解器。

 自动优化

     CST工作室套装拥有一系列局部和全局优化算法，如Nelder-Mead单纯形法、粒子群法以及信赖域法（Trust Region Method），此方法还可以通过灵敏度分析结果对其进一步加速收敛。2012版新增了协方差矩阵适应进化策略法（Covariance Matrix Adaptation Evolution Strategy，简称CMA进化法），这是一个收敛性很好的高性能全局优化算法。

 高性能计算

     高性能计算依旧是我们讨论的热点。CST拥有多种并行加速模式：采用高性能GPU硬件加速卡、刀片集群或一组LAN内计算机。2012版CST支持Nvidia最新一代GPU硬件加速卡。除了CST微波工作室外，CST粒子工作室也支持GPU硬件加速。CST粒子工作室专用于电真空管，如行波管和磁控管等的仿真。

 结论

     CST 2012版主要引入了全新的系统组合仿真技术（SAM）。它将复杂的电磁系统分解为一个个简单部分，采用各自最优的电磁或电路算法进行快速精确地仿真，并对整个系统进行高效的优化设计。本版本进行了大量的改进同时引入了许多新求解器和算法，提高了仿真速度和适应性。