电磁仿真软件对比：CST、HFSS、COMSOL干货分享

超材料常用的仿真软件

在超材料超表面的仿真研究过程中特别是电磁光学领域，经常用到的软件有CST、HFSS和COMSOL。其中COMSOL是面向多物理场建模的，因此还可以是适用于其他比如声学、力学等领域内的计算仿真，后续将根据具体的情况介绍电磁、光学、声学和力学等的仿真。此处先介绍这些数值仿真软件的一些基本情况，对它们的原理，以及可以解决什么问题，计算得到的结果表现形式是怎样的问题做一会回答。

CST

CST（Computer Simulation Technology）软件是全球最大纯电磁场仿真软件公司CST出品的三维全波电磁场仿真软件［41］。CST工作室套装是面向3D电磁场、微波电路和温度场设计工程师的一款最有效、最精确的专业仿真软件包，共包含7个工作室子软件，集成在同一平台上，可以为用户提供完整的系统级和部件级的数值仿真分析。该软件覆盖整个电磁频段，提供完备的时域和频域全波算法。其典型应用包含各类天线／RCS、EMC／EMI、场路协同、电磁温度协同和高低频协同仿真等。在超材料仿真中，通常采用CSTMICROWAVE STUDIO（CST MWS，CST微波工作室）。它是CST软件的旗舰产品，广泛应用于通用高频无源器件仿真，可以进行雷击（Lightning）、强电磁脉冲（EMP）、静电放电（ESD）、EMC／EMI、信号完整性／电源完整性（SI／PI）、TDR和各类天线／RCS仿真。结合其他工作室，如导入CST PCB STUDIO和CST CABLE STUDIO空间三维频域幅相电流分布，可以完成系统级电磁兼容仿真。与CST DESIGN STUDIO实现CST特有的纯瞬态场路同步协同仿真。

HFSS

HFSS（High Frequency Structure Simulator）软件是由美国Ansoft公司研究开发，基于有限元法原理设计的一款三维电磁仿真软件。该软件能提供有效快捷的三维电磁场仿真求解方案。HFSS软件能对微波无源器件及天线的物理结构参数进行全参数化建模和参数自动化扫描下的全波三维电磁场仿真，并能利用参数自动化扫描达到所需结果设计性能的最优化，精确给出所设计器件的参数。例如：HFSS可以计算天线参量，比如增益、方向性、远场方向图剖面、远场3D图和3dB带宽；绘制极化特性，包括球形场分量、圆极化场分量、Ludwig第三定义场分量和轴比。

COMSOL Multiphysics

COMSOL Multiphysics 软件在多物理场建模与高级数值仿真类软件领域有较高的市场占有率［43］。该软件广泛应用于各个领域的科学研究以及工程计算，被称为“第一款真正的任意多物理场直接耦合分析软件”。COMSOL Multiphysics以有限元法为基础，通过求解偏微分方程（单场）或偏微分方程组（多场）来实现真实物理现象的仿真，COMSOLMultiphysics 含有大量预定义的物理应用模式，范围涵盖从流体流动、热传导到结构力学、电磁分析等多种物理场，用户可以快速建立模型。COMSOL Multiphysics 中定义的模型非常灵活，材料属性、源项以及边界条件等可以是常数、任意变量的函数、逻辑表达式或者直接是一个代表实测数据的插值函数等，这些功能对于超材料的设计与研究非常有用。