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CST STUDIO SUITE
CST STUDIO SUITE MW STUDIO | CST EM STUDIO CST PARTICLE STUDIO | CST CABLE STUDIO | CST PCB STUDIO CST MPHYSICS STUDIO | CST DESIGN STUDIO CST STUDIO SUITE CST STUDIO SUITEは3次元電磁界解析を中核とするマルチフィジックス システムシミュレータです。 電磁界解析ツールは、形状や材質に依存する電磁波のふるまいをシミュレーションによって明解に示します。 上流工程における電磁界シミュレーションは、問題を早期顕在化させるのに役立ちます。 CST STUDIO SUITEの電磁界解析ツールは、先進の数値 解析技術に基づく機能性と使いやすさを兼ね備えたソフト ウェアです。計算精度と速度に対する要求を高い水準で満た しながら、3次元構造の電磁界を解き明かします。システム レベルのフルウェイブ解析を実用的な時間で実行し、設計品 質の向上と短期開発を支援します。 CST STUDIO SUITEのグラフィカル ユーザインターフェイス： ウェアラブルアンテナと人体のシミュレーション 電界の絶対値表示 CST – COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY CSTはドイツ ダルムシュタット市に拠点を置き、1992年の創立以来、数値解析技術の開発と普及一筋に取り組んで来ました。1998年、 CSTはMAFIAをベースとし、独自 開 発 のPBA（Perfect Boundary Approximation）技 術を実 装した3次 元 電 磁 界シミュレータCST MICROWAVE STUDIOを発表しました。それまでの電磁界解析のイメージを払拭し、ワークステーションでの大規模解析を可能にしたCST MICROWAVE STUDIOは、技術者の要求に真に応えるツールとして多くの支持を集め、短期間のうちに時間領域解析のリーディングツール となりました。そのコンセプトを継承し、さらに高い水準と新しい要求に応えるべく「Complete Technology」の旗印のもとにつくられた シミュレーション技術の結晶がCST STUDIO SUITEです。 CSTは、電磁界解析に関連する要求に常に的確な解を提供することを使命として、革新的な技術開発と機能拡充を続けています。CSTの解 析ツールは現在、通信、防衛、自動車関連、電子機器をはじめとする広範な分野に応用され、30を超える国と地域で先端技術の開発と設計 に役立てられています。 AETは、1988年の会社設立当初から電磁 界シミュレーションツールを取り扱っており ます。AETはCSTの国内総代理店です。 2 概要 CST STUDIO SUITE の 応用分野 CST STUDIO SUITEは、電磁波が関係する幅広い分野で使われています。 電磁界解析に求められるソリューションは、開発分野によって少しずつ異なります。CST STUDIO SUITEは8つの解析 モジュールと多彩なソルバー機能をそなえ、さまざまな解析課題のひとつひとつに最適なソリューションを提供します。 CST STUDIO SUITE™ 3次元電磁界解析を中核とするマルチフィジックス システムシミュレータ MW STUDIO (CST MWS) 高周波電磁界解析 CST EM STUDIO (CST EMS) 低周波と静電磁界解析 ynamics icle D art P d ge ar ni cs Ch CST BOARDCHECK (CST BC) Elec t ro CST PCB STUDIO (CST PCBS) プリント基板のSI/PI解析 E DA / CST CABLE STUDIO (CST CS) ケーブルのSIとEMI解析 RF 荷電粒子運動解析 Mic row av es & CST PARTICLE STUDIO (CST PS) Sta tic sa n d w Lo cy quen Fre EM C / E M I EMC/SI ルールチェッカー CST MPHYSICS STUDIO (CST MPS) 熱解析と応力解析 CST DESIGN STUDIO (CST DS) 3次元電磁界と回路のコシミュレーション システムシミュレーション フレームワーク Trademarks CST、CST STUDIO SUITE、CST DESIGN ENVIRONMENT、CST MICROWAVE STUDIO、CST EM STUDIO、CST PARTICLESTUDIO、 CST CABLE STUDIO、CST PCB STUDIO、CST BOARDCHECK、CST MPHYSICS STUDIO、CST DESIGN STUDIOはCSTの商標および登録商標です。 MW STUDIOはCST MICROWAVESTUDIO®の日本国内における製品名です。 その他の会社名および製品名は、それぞれの会社の商標または登録商標です。 応用分野 3 CST STUDIO SUITE の 解析環境 必要な結果を最終的に導き出すまでの時間と労力を最小限にするために、CST STUDIO SUITEには、定評ある数値解析を 中心としてプリプロセスからポストプロセスまでの仕組みが整えられています。分野をまたぐ連成シミュレーションや複数の ゴールがある複雑な最適化であっても、行き届いた機能と分かり易い操作で、目的のデータを引き出すことができます。 操作画面 CST STUDIO SUITEでは、機能やデータを操作画面に適時呼び出しながら解析を進めます。 リボンインターフェイス： 多彩なシミュレーション機能 は選び出しやすく、リボンタ ブに収められています。 ナビゲーションツリー： プロジェクトのすべての要素を 階層的に表示します。ツリー項 目を選 択して、画 面 の 表 示と 機能を切り替えます。また、そ の項目に特定の操作を行うこと ができます。 メインビュー： パラメータリスト： パラメータはすべてのSTUDIOに共通です。 構造変更を容易にし、パラメータスイープ や最適化までの工程をスムーズにします。 プロジェクトのデータを表示します。マルチ ウィンドウ表示とタブ表示が可能です。図は 電力損失密度分布表示（MW STUDIO）、 3次元モデルにアンテナ整合回路を接続し た回路図（CST DESIGN STUDIO）、整合 回路によるSパラメータ結果プロット（CST DESIGN STUDIO）。 リボンインターフェイス 従来のメニューとツールバーは、リボンインターフェイスに置き換えられました。リボンは、操作フェーズごとに関連性の高い 機能をグループ化し、一連のタブに整理して表示する仕組みです。必要な機能を見つけやすく、作業効率が向上します。 4 解析環境 ワークフロー 洗練された操作画面で、複雑な解析も分かり易く進めることができます。 ■ プリプロセス ： CADやEDAデータのインポート 複雑なデータを電磁界解析のモデルデータとすることで、現実に近い 解析が可能になります。CST STUDIO SUITEの強靭なインポート 機能は、修復機能やクリーニング機能と協調して CADデータやEDA データを解析モデルにスムーズに変換します。また、損傷の大きい データについてもシミュレーョンの実行を可能にします。 ■ ソルバー CST STUDIO SUITEに用意されている多彩なラインナップから最適な ソルバーを選択してシミュレーションを行います。 T F I A E M ST Es Ms Js LF LT THs THt ■ ポストプロセス ポストプロセスでは、計算結果をプロットやグラフィカルに表示する ほか、ASCII形式での出力が可能です。計算結果の数値を基にさらに 計算を進めるためのテンプレート（ポストプロセステンプレート）を 各種取り揃えています。 プロジェクトテンプレート 精度と所要時間のバランスを取りながらシミュレーションを進める のに必要な設定は、解析する問題の構造や目的により異なります。 ウィザードを利用して、解析課題に応じて境界条件やメッシュなどの 基本設定をカスタマイズしたテンプレートを簡単に作成することが できます。次回からは、作成したテンプレートを呼び出してプロ ジェクトを素早く開始できます。 解析環境 5 CST STUDIO SUITE の解析技術 アルゴリズム CST STUDIO SUITEは、従来からのFIT（Finite Integration Technique：有限積分法）のほか、TLM（Transmission Line Matrix：伝送線路行列法）やMLFMM（Multi Level Fast Multipole Method）などのアルゴリズムを取り揃え、 ソルバーモジュール群としてラインナップしています。計算の規模と目的に最も適したアルゴリズムで、解析を効率良く行うこと ができます。また、同じ問題をソルバーを変えて解くことにより、解析結果をクロスチェックし、結果の信頼性を裏付けることが できます。 MW STUDIO： FIT（T/F/Eソルバー）、TLM（TLM）、MLFMM（I/M）、SBR（A） CST EM STUDIO： FIT（Es/Ms/LF/LT） CST PARTICLE STUDIO： FIT（TRK/WAK/PIC） CST CABLE STUDIO： 2D TL CST PCB STUDIO： 2D TL、3D PEEC メッシュ 数値解析では、解析対象の構造を「メッシュ」と呼ぶ微小区間に離散化して解析空間に展開します。メッシュは、解析精度と 必要メモリ容量、計算時間、アルゴリズムに深い関わりがあります。メッシュを微細化すると、離散化に伴って生じる形状の 近似誤差は低減され、解析精度は高くなりますが、その一方でメモリや計算時間などの負荷が上昇します。CST STUDIO SUITEでは、形状近似誤差低減技術や最適メッシュ生成技術をはじめとする最先端のメッシュ技術が、それぞれのアルゴリズム に用意されています。 ■ 六面体メッシュとPBA CST STUDIO SUITEには、メモリ効率を損なわずに近似精度を 高 める独 自 の 技 術 が あります。六 面 体メッシュにPBA（Perfect Boundary Approximation：完全境界近似）を適用することにより 六面体メッシュが有するメモリ効率の高さを保ちつつ近似精度を上げ、 比較的短い計算時間で精度の良い結果を求めることができます。 球のメッシュ：（上段左から）階段状メッシュ、四面体リニアメッシュ、 （下段左から）四面体カーブメッシュ、PBA ■ 四面体メッシュと形状適応 四面体メッシュの形状適応機能は、適応させたメッシュをモデル形状に 投影します。ファセットメッシュを初期メッシュとしていた従来の適応化 アルゴリズムに比べ、メッシュの近似精度が向上しています。さらに 任意次数のカーブエレメント（arbitrary order curved element） により曲面構造の近似精度を高めています。 通常の四面体メッシュ（左）とカーブエレメント（右） 6 解析技術 自動化とカスタマイズ シミュレーションにおける工程、たとえばモデル作成や結果評価の作業の一部を自動化したり一括処理したりすることは、解析 担当者の負担を軽減するばかりでなく、ミスを防止する手立てとなり、解析フローの効率向上につながります。CST STUDIO SUITEには、ジョブコントロールセンターをはじめコマンドラインによるバッチ処理、VBA OLEオートメーションのサポート、 マクロとポストプロセステンプレートなど、工程に応じてご利用いただける各種の自動化支援機能があります。オブジェクト 指向の言語により、モデル作成と解析設定、計算結果へのアクセスは、オブジェクトと関数で制御され、マクロやテンプレート によるカスタマイズに完全に対応しています。 ポストプロセステンプレートと最適化機能 Sパラメータや電磁界分布、遠方界などの解析結果を元に各種の指標値を求めるポスト処理を、簡単に設定、実行できるテン プレートを豊富に用意しています。設定したポスト処理は、毎回の計算後に続けて実行され、求める値が自動的に得られます。 この仕組みは、標準搭載の最適化機能と組み合わせての使用が可能です。ポスト処理で得られる値を最適化の評価指標と することにより、簡単な操作で最適設計を行うことができます。 最適化機能についてはPowell、Newton法から遺伝的アルゴリズムまで各種手法を取り揃えており、変数の数や探索範囲に 応じてアルゴリズムを選択して使用できます。 テンプレートによる ポストプロセス ソルバー計算 一次データ 結果データ 最適化 / パラメータスイープ 連成シミュレーション CST STUDIO SUITEは、電磁界と熱、低周波と高周波、電磁界と回路など、分野をわたる連成解析に対応します。解析モジュー ルは各種パラメータを共有し、データの受け渡しを内部的に行いながら計算を実行します。 UWB広帯域アンプシミュレーション サーキュレータ（非一様磁場印加を考慮） IGBTのバスバーの発熱 解析技術 7 CST STUDIO SUITE の高速化ソリューション 優れた計算効率を示すFITとPBAはHPC技術との相性が良く、システムの増強によって計算速度をさらに高めることができ ます。その効果は大規模な構造や複雑な問題において特に顕著に現れます。今までのシステムでは長大な時間を要するため に実質的に解析不能であった問題さえも、実用的な時間で解析できるようになりました。 マルチコア並列処理 マルチコア並列処理は、CPUに含まれるプロセッサコアを並列動作させることにより、解析速度を最大化させる技術です。 CST STUDIO SUITEはこの並列処理機能を標準で提供しています。また、Intelとの密接な協力関係により、最新CPUアーキ テクチャにおいて最高の解析性能が達成されるように、ソフトウェアプログラムが最適化されています。 GPUコンピューティング GPUコンピューティングは、画像処理用の演算装置であるGPU（Graphic Processing Unit）の持つ高い演算能力を数値 解析に応用する技術です。CPUと比べ性能比で低コストなGPUを使用することにより、解析のパフォーマンスを大幅に向上 させることができる、費用対効果の大きいものです。 CST STUDIO SUITEは、NVIDIAのTesla® GPUアクセラレータに 対応しています。* 最新アーキテクチャ NVIDIA® Keplerにも対応し、大規模演算を要する 解析の時間短縮を実現します。 *GPUコ ン ピュ ー ティン グ は、MW STUDIOの 時 間 領 域 ソ ル バ ー とCST PARTICLE STUDIOの一部のソルバーでご利用いただけます。 分散コンピューティング 複数の計算ジョブを、ネットワーク上の複数のPCで同時処理します。多ポート構造の計算やパラメータスイープ、最適化 計算に、また周波数領域解析において各周波数の計算を分散処理することにより、結果が得られるまでの時間を短縮します。 8 高速化ソリューション MPIコンピューティング 単一の解析端末では対応できない規模の解析を行うために、CST STUDIO SUITEはMPI（Message Passing Interface） による並列コンピューティングに対応しています。MPIコンピューティングは、計算領域を分割し、それをコンピュータクラスタ で並列処理する技術です。GPUコンピューティングと併用することにより、これまでの概念を超えるレベルの大規模解析が高速 に実行できます。 航空機内の電界分布（28億メッシュ、8ノードMPIによる計算） Model provided by Institut für Theorie Elektromagnetischer Felder (TEMF), www.temf.tu-darmstadt.de トークンライセンス 上記の3つの高速化機能（GPUコンピューティング、分散コンピューティング、MPIコンピューティング）は、トークンライセンス により管理されるオプション機能です。ユーザーは、トークンの数に応じて定められる範囲内で、3つの高速化機能を自由に 組み合わせて使用できます。この仕組みにより、CST STUDIO SUITEは、解析の規模と目的に応じて、高速化機能の柔軟な 運用を可能にしています。 高速化ソリューション 9 CST STUDIO SUITEの解析モジュール MW STUDIO 高周波電磁界解析 MW STUDIOは高周波の電磁界問題をシミュレートします。6つのソル T バーを実装し、アンテナや高周波コンポーネントの特性解析からEMC解析 や光学分野にいたる幅広い用途に応えます。 ソルバー T 時間領域ソルバー F 周波数領域ソルバー E 固有モードソルバー I Integral Equationソルバー M Multilayerソルバー A Asymptoticソルバー 携帯電話への静電気放電シミュレーション シミュレーション手法とソルバー 時間領域 T 解析モデルに時間信号を入力し、電磁界の時間変化を解く時間領域シミュレーションでは、1回の解析で広帯域の周波数特性 が得られます。任意の波形を定義して入力信号とすることができます。 時間領域解析はメッシュ分割数に対する計算リソースの負荷が比較的小さいため、メッシュ数がかさむ問題を解くのに適し、 ICパッケージを含む複雑なSI解析やアンテナの空間伝搬問題EMC/ESD解析などに広く応用されています。 時間領域解析では、解析目的に応じてFITアルゴリズムとTLMアルゴリズムを選んで使用していただけます。 4×4パッチアレイアンテナの放射特性 10 MW STUDIO 高密度ICパッケージ実装基板の電流分布 周波数領域 F 主に四面体メッシュを用いる周波数領域シミュレーションは、RF/マイクロ波回路やアンテナなどの狭帯域問題を解くのに 適しています。また、Floquetポートや周期的境界条件をそなえ、光学分野への応用にも対応します。 RFID(13.56MHz)の磁界分布 固有値解析 Floquet ポートによる導波管フェーズドアレイシミュレーション E 空洞共振器やキャビティフィルタ等の電気的に閉じた構造の共振モード 解析が可能です。周期構造のバンドギャップ解析にも適用できます。 円筒空洞のTE011モード共振 大規模解析 I A 時間領域ソルバーの解析可能範囲を超える大規模空間問題を解きます。MLFMM法に基づくIntegral Equationソルバーと SBR法に基づくAsymptoticソルバーが、船舶や航空機、大規模アンテナの問題を解析します。 A 戦闘機のRCS（10GHz） 艦船の表面電流分布（400MHz） MW STUDIO 11 CST EM STUDIO 低周波と静電磁界解析 CST EM STUDIOは、静電磁界と低周波の解析を行います。周波数領域 と時間領域のソルバーをそなえ、磁石とコイル、センサ、アクチュエータ、 エレクトロメカニカルデバイス、ジェネレータなどの広範な応用に向けた 3次元電磁界解析を実行します。 Ms ソルバー Es 静電界ソルバー Ms 静磁界ソルバー ステッピングモータで構成したスピードメータのゲージ Js 定常電流ソルバー LF 周波数領域ソルバー： 準静電界、準静磁界、フルウェイブ LT 低周波時間領域ソルバー： 準静磁的過渡解析 Js 抵抗スポット溶接ガンの電流密度と磁束密度（50Hz） CST PARTICLE STUDIO 荷電粒子運動解析 CST PARTICLE STUDIOは、FITとPBAを用いて3次元荷電粒子運動解析 を行います。3つのソルバーはいずれも加速器やビーム応用装置の開発と 設計のための専門的なツールです： TRKソルバーは電子銃とイオン源の 設計に向けた荷電粒子軌道解析、PICソルバーはビーム加速管やマグネ トロンなどの設計に向けたPICシミュレーション、WAKソルバーはイン ピーダンスや損失係数の計算に向けたウェイクフィールドシミュレーション Trk を行います。 グリッド付き電子銃の解析 ソルバー Trk TRKソルバー Pic PICソルバー Pic WAK WAKソルバー マグネトロンの電子軌道解析 12 CST EM STUDIO / CST PARTICLE STUDIO WAK コリメータのウェイクフィールド CST CABLE STUDIO ケーブルのSIとEMI解析 CST CABLE STUDIOは、筺体内のケーブルを解析するツールです。複雑な配線をモデル化したものを、筺体や他のケーブル とのカップリングを考慮した等価回路網として抽出し、時間領域や周波数領域の回路解析を行うことができます。 CST CABLE STUDIOとMW STUDIOを連携させることにより、ケーブルからの電磁界の漏洩問題と周囲の電磁波によって 引き起こされる信号干渉問題の3次元解析を行うことができます。配線に関連するすべての高周波ノイズ問題に対応します。 解析機能 2D TL（伝送線路）法によるケーブルハーネスの等価回路網抽出 SPICE/IBISを含む各種回路素子を接続したSI解析： 時間領域/周波数領域 MW STUDIOとの連携による： 3次元EMC解析（放射/イミュニティ） Bi-directionalコシミュレーション ケーブルライブラリを利用したケーブル定義と経路定義による配線 CST CABLE STUDIOのユーザ インターフェイス ハーネスからの電界放射分布 CST CABLE STUDIO 13 CST PCB STUDIO プリント基板のSI/PI解析 CST PCB STUDIOは、プリント基板のシグナルインテグリ ティとパワーインテグリティ解析のためのツールです。多層 基板のシミュレーションとSI/PI解析、時間領域と周波数領域 の回路シミュレーションを行います。 主な機能 PEEC法と2D TL法による多層基板のSI解析 FEM法による多層基板のPI解析 IRドロップ解析 CST PCB STUDIOのインターフェイス画面 CST BOARDCHECK EMC/SIルールチェッカー CST BOARDCHECKは、IBMのEMSATをカー ネ ルとする EMCとSIルールチェックプログラムです。 主要EDAツールのプリント基板設計データを取り込み、あら かじめ設定した設計ルールに抵触する箇所を特定します。 基板試作前の段階で、適切な配線設計や部品配置の検討が できます。 EMCルールチェック： リファレンスプレーンをまたぐ配線をハイライト表示 CST MPHYSICS STUDIO 熱解析と応力解析 CST MPHYSICS STUDIOは、熱解析と応力、変形解析の ソルバーをそなえています。電磁界解析の結果を引き継ぎ 誘電損失などによる発熱と変形のマルチフィジックス解析を 連続した物理現象としてシームレスに実行できます。 ソルバー 熱解析ソルバー： 定常熱、過渡熱 構造解析ソルバー： 応力、変形 14 CST PCB STUDIO / CST BOARDCHECK / CST MPHYSICS STUDIO キャビティフィルター内部の発熱分布（左）と熱による変形シミュレーション CST DESIGN STUDIO ３次元電磁界と回路のコシミュレーション CST DESIGN STUDIOは、解析モジュール間の連携の要となる回路シミュレータです。MW STUDIO等の電磁界解析モデルと SPICE/IBISの回路要素、実測データをCST DESIGN STUDIO上で組み合わせ、シミュレーションを行うことができます。 また、複数の電磁界解析モデルを結合して最適化を行うほか、CST CABLE STUDIOとMW STUDIOなどの連携が、CST DESIGN STUDIOを介して可能となります。 回路シミュレーション機能 ： DC、AC、Sパラメータ、時間領域、ハーモニックバランス 入力波形 m 2000m タグの受信波形 UHF帯 RFIDシステムの変調回路を含めたシステムシミュレーション True Transient Co-Simulationによる ESDシミュレーション： 非線形素子を含む回路と電磁界を同期して解析 RFIDアンテナとタグリーダの電磁界モデル（MW STUDIO） CST STUDIO SUITE 2012か ら 採 用 さ れ たSystem Assembly and Modeling (SAM)：DESIGN STUDIOに複数のSimulation Projectを設定することにより、 複数のプロジェクトを連携させるシステムシミュレーションやマルチフィジックス 解析を、1つのマスタープロジェクトで管理、実行できます。 CST DESIGN STUDIO 15 CST - Computer Simulation Technology AG www.cst.com 日本総代理店 株式会社 エーイーティー 本社 〒215-0033 神奈川県川崎市麻生区栗木 2-7-6 T E L 0 4 4 - 9 8 0 - 0 5 0 5 FA X 0 4 4 - 9 8 0 -1515 研究開発センター 〒215-0033 神奈川県川崎市麻生区栗木 2-8-22 T E L 0 4 4 - 9 81- 0 23 6 FA X 0 4 4 - 9 81- 0 237 www.aetjapan.com ©2013 AET, Inc. 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