HFSS与CST时域频域算法大揭秘：优劣势一览无余

每款仿真软件都号称自己可以设计所有的东西，但是各有优缺点。目前比较普及的两款仿真软件，非HFSS 和CST 莫属，我最常用的也是这两款，我目前所在的实验室也买了这两款软件的教育版license。以下是个人的工程经验和理解，欢迎各位大神拍砖讨论。

大家都清楚HFSS是最好用的基于FEM算法 的仿真软件，而且boundary做的也很好，不管是Radiation boundary ，还是周期边界 。就全波仿真而言，HFSS比较适用于电小尺寸，波长在 $2\lambda$2\lambda 以内的物体，比如电小天线、窄带天线等等。电大尺寸的天线，并不推荐用HFSS，资源消耗太大，如果你有大型服务器的话，就可以随便任性了。

CST的核心算法是FIT（时域有限积分 ）， 比较适合用来计算大带宽天线，或者尺寸在2到5个波长以内的天线，还有就是生物相关的天线。根据傅里叶变换 的原理可知，带宽越大，脉冲就越窄，反应在时域算法上就是，计算时间越短，所以用CST设计大带宽天线要比HFSS快很多。像喇叭天线，波导天线等等，都推荐使用CST

如果你设计窄带天线的话，建议使用HFSS，因为频域算法比较适合找谐振点，CST的时域算法一是不容易找到谐振点，二是谐振点与真实情况会有偏差，很多人在仿真的时候都会发现分别通过CST和HFSS找到的谐振点有偏差，这是因为时域算法的信号没有收敛，导致傅里叶变换精度不够造成的。所以窄带天线设计推荐HFSS.

对于超宽带天线的设计，推荐CST，因为正如前面所说，信号带宽越宽，对应时域脉冲就越窄，也就意味着计算时间变短。而且超宽带天线不仅要关注频域特性，更要关注时域特性，比如时域波形，色散等等，这都得从时域上进行分析。而且不能把所有的输入信号都看成time-harmonic signal去分析，还要学会用宽带脉冲信号去分析，比如Gaussian signal，要考虑天线对波形的影响。在这种情况下CST中的时域算法就显出了很大的优势。

CST中自带的生物模型很好，我现在做的Body Area Communication的研究非常依赖于CST中的生物模型。

就我个人的粗浅理解，时域算法就是从激励源开始，用迭代的方式，往四周求解麦克斯韦方程组 ，也就是去模拟波的传播过程，从源开始往四周传播。频域算法就是直接用矩阵的方式求解麦克思维方程组，不管是FEM的变分算法还是MoM的求解电场积分方程。