Fest3D 高效被動微波元件與濾波器設計

Fest3D 是一款專為分析與設計「基於波導 (Waveguide) 與同軸共振腔 (Coaxial Cavity) 技術之複雜被動微波元件」所量身打造的專業軟體。

相較於依賴全網格剖分技術 (full-segmentation techniques) 的傳統軟體,Fest3D 展現了突破性的運算速度,同時能確保極高的分析精準度。它不僅提供被動元件設計所需的所有完整功能(包含最佳化與公差分析),其內建的進階合成工具,更能讓工程師直接根據規格需求,快速生成所需的濾波器設計。

在部署彈性上,Fest3D 不僅能作為強大電磁模擬套件 CST Studio Suite 的擴充選配模組,亦可作為獨立軟體 (Stand-alone) 單獨運行,完美契合企業的多元軟體配置需求。

Fest3D高效被動微波元件與濾波器設計

優勢

顛覆性的研發效率,大幅縮短模擬等待時間

時間即是成本。當泛用型軟體(如基於有限元素或有限差分技術)需要耗費「數小時」來模擬複雜結構時,Fest3D 憑藉專屬演算法,僅需「數秒鐘或幾分鐘」即可完成同等精準的分析,顯著加速研發迭代週期。

極低硬體負擔,釋放運算資源

透過最佳化的積分方程技術,Fest3D 大幅減少了運算過程中所需的 CPU 時間與記憶體消耗。企業無需為了高精度分析而無止盡地投資昂貴的高階伺服器,有效管控 IT 預算。

一次到位的精準設計,減少重工風險

透過專屬的合成流程,Fest3D 在設計初期就能提供極度貼近使用者規格的卓越響應結果。多數情況下,工程師甚至「不需要再進行後期的最佳化調整(post-optimization)」,大幅降低反覆試錯的沉沒成本。

特點

強大的自動化合成模組

支援根據使用者給定的規格,自動化設計帶通(Band-pass)、雙模(Dual-mode)、低通(Low-pass)濾波器以及矩形漸變器(Rectangular tapers)。在合成階段即可執行全波模擬(Full-wave simulations),確保非傳播波導模態(non-propagating waveguide modes)的影響被完整考量。

靈活的即時最佳化工具

內建多種最佳化演算法(包含 Simplex、Powell 以及 Gradient),可用於幾何參數的細部優化。搭配直覺的圖形使用者介面(GUI),工程師能隨時監控進度,甚至在運算中途暫停、重新配置參數並接續執行。

一站式敏感度與公差分析

設計完成後,使用者可自由挑選特定幾何參數進行變更,並分別設定其偏差值,藉此精確評估製造公差對最終射頻性能的影響。

頂尖的電磁求解技術與任意截面處理

底層基於電磁模擬積分方程技術,並由動差法(Method of Moments)進行高效求解。此外,軟體採用邊界積分—共振模態展開法(BI-RME),具備強大的模態提取能力,能輕鬆應對具有任意截面的複雜波導模態圖。

求解方式

Fest3D 具備壓倒性速度的關鍵,在於其獨特的分析架構,精度與效能兼備。

 
Multimode Equivalent Network
Multimode Equivalent Network

多模態等效網路表示法

Fest3D 使用多模態等效網路來處理波導接面(waveguide junctions)。系統會針對完整電路中的「每一個獨立元件」,自動採用當下最佳的方法進行求解,確保整體效率與精度的完美平衡。

Frequency-Dependent Extraction
Frequency-dependent Computations

頻率相依計算的智慧提取

傳統軟體在每個頻率點都需重新進行龐大的運算;而 Fest3D 透過積分方程技術,能預先提取部分的頻率相依運算。這使得「每個單一頻率點」的計算時間大幅縮短,工程師即便為了高精度要求而納入大量電磁模態,也依然能享有極致的模擬速度。

常見應用

Fest3D 廣泛應用於國防航太、衛星通訊、5G/6G 基地台與射頻硬體製造等領域,可協助高效分析以下被動微波元件。

濾波器(Filters)

包含組合濾波器(Combine filters)、交趾型濾波器(Interdigital filters)、鬆餅鐵濾波器(Waffle-iron filters)、雙模濾波器(Dual-mode filters)、帶阻濾波器(Band-stop filters)等。

多工器(Multiplexers)

雙工器(Diplexers)、輸出多工器(OMUXs)等多埠訊號分離與合成元件。

饋電網路(Feeding Networks)

用於天線陣列與微波系統的功率分配與相位控制網路設計與分析。

耦合器與極化器(Couplers and Polarizers)

方向性耦合器、混合接頭及極化控制元件的精確電磁分析。

正交模態轉換器(Orthomode Transducers, OMTs)

衛星通訊與雷達系統中用於極化分離與雙頻操作的關鍵波導元件分析。

常見問答

01
Fest3D 是一套必須依附在其他軟體下的模組嗎?

具備極高的部署彈性。它既是達梭系統旗艦級電磁套件 CST Studio Suite 的選配模組,也可以直接作為一套獨立產品 (Stand-alone product) 單獨購買與運行。

02
為什麼 Fest3D 的模擬速度比我們常用的 3D 電磁軟體快這麼多?

傳統泛用型軟體通常採用全網格剖分技術(如 FEA 或 FDTD),這類方法在處理波導時容易消耗大量 CPU 與記憶體,往往需要數小時才能完成。Fest3D 則專注於波導與同軸技術,採用多模態等效網路與積分方程求解,能將頻率計算最佳化,因此只需數秒至數分鐘即可得出高精度結果。

03
除了分析既有模型,軟體能幫忙「從無到有」設計濾波器嗎?

可以的。Fest3D 內建先進的合成工具,您只需輸入特定的使用者規格要求,軟體便能自動生成雙模、帶通、低通等濾波器設計,且因為在合成階段已將全波模擬納入考量,產出結果通常非常優異,有效省去人工反覆最佳化的時間。

04
我們在量產時有公差考量,Fest3D 能進行相關評估嗎?

完全支援。Fest3D 具備專門的敏感度分析功能。您可以針對最終設計,獨立選擇一個或多個幾何參數,並分別設定其加工偏差值,藉此精準預測該公差範圍對微波元件表現的實質影響。