在电磁仿真领域，CST（ComputerSimulationTechnology）是射频、微波、天线设计的主流工具。建模时，坐标系选择影响效率与精度——圆柱形、环形等旋转对称结构（如同轴电缆、环形天线）用直角坐标系需反复调参保对称，而极坐标（r/θ/z）建模通过“半径、角度、高度”直接描述，大幅简化操作。本文明确CST极坐标建模可行性，详解流程、场景及要点。

 

 

 

一、CST极坐标建模的可行性与优势

CST完全支持极坐标建模，且对旋转对称结构仿真优势显著。

CST核心?？椋ㄈ缥⒉üぷ魇?、电磁工作室）支持多坐标系切换，除直角坐标系外，还含极坐标（柱坐标，三维延伸，新增z轴）、球坐标。极坐标以“径向距离（r）、环绕角度（θ）、轴向高度（z）”为参数，天然适配绕z轴旋转后形状与属性不变的结构。

相比直角坐标系，优势有三：

1. 简化几何描述：无需重复绘制圆周相同结构（如环形天线辐射单元），定义单个“扇区单元”r/θ/z参数，通过旋转复制或角度范围设为完整结构；

2. 保证对称精度：避免手动对齐导致的偏差，通过“角度步长”“旋转中心”精准控对称，减少误差；

3. 提升计算效率：结合“2.5D仿真模式”，仅算一个扇区再扩展至全结构，减少网格与计算时间，兼顾精度。

 

 

 

二、CST极坐标建模实操流程

以CST微波工作室“圆柱形介质谐振器天线”（5G毫米波常用，旋转对称）为例，分五步建模：

1.新建工程与坐标系切换

l打开CST微波工作室，“File→New”选“Microwave&RF→Antenna”模板，命名工程（如“Cylindrical_DRA_Polar”）；

l默认直角坐标系，点击“Modeling→CoordinateSystem→Cylindrical(r,θ,z)”切换，工作区变为r轴（径向）、θ轴（圆周）、z轴（轴向）；

l（可?。?/span>“Edit→Units”设单位（如介质谐振器直径10mm，选“mm”“GHz”）。

 

2.定义结构关键参数

天线核心含“金属地板”“介质谐振器”“同轴馈源”，均旋转对称，极坐标参数如下：

l金属地板：r=15mm（大于谐振器半径避边缘效应），θ=0°~360°，z=0~0.035mm（铜质）；

l介质谐振器：r=5mm，θ=0°~360°，z=0.035~6mm（Al?O?，εr=9.8，tanδ=0.0001）；

l同轴馈源：内导体r=0.5mm，θ=0°~360°，z=-5~0mm（铜）；外导体r=2mm，θ=0°~360°，z=-5~0mm（铜，内、外间填PTFE，εr=2.1）。

 

3.创建几何模型

通过“Modeling→Primitive→Cylinder”工具创建：

l金属地板：设Radius=15mm、Angle=0°~360°、Height=0~0.035mm，Material选Copper；

l介质谐振器：Radius=5mm、Angle=0°~360°、Height=0.035~6mm，新建Al?O?材料并选择；

l同轴馈源：内导体（Radius=0.5mm，Height=-5~0mm，Copper）、外导体（Radius=2mm，Height=-5~0mm，Copper）、填充介质（Radius=0.5~2mm，Height=-5~0mm，PTFE）。

 

4.边界条件与激励设置

结合旋转对称优化，避免破坏对称：

l边界条件：z轴设“Axisymmetric”（旋转对称边界，启2.5D模式）；r方向设“Open”（开放边界）；z轴底部（金属地板下）设“PerfectE”（接地）；

l激励：馈源底部（z=-5mm）设“WaveguidePort”，选“Coaxial”类型，自动识别导体与填充介质。

 

5.仿真与结果验证

l点击“Simulation→Start”，CST自动用2.5D算法算θ=0°~1°扇区再扩展，计算时间比直角坐标系短50%以上；

l查S11参数（≤-10dB覆盖目标频率如28GHz）与辐射方向图（轴对称），验证建模准确性。

 

 

 

三、适用场景与限制

1.适用场景：旋转对称结构

l射频/微波器件：同轴电缆、圆柱形滤波器、环形耦合器；

l天线设计：圆柱形介质谐振器天线、环形天线、部分螺旋天线、圆柱形雷达罩；

l高频结构：圆柱形波导、同轴谐振腔、卫星通信旋转对称部件。

 

2.限制：非对称结构不适用

矩形微带天线、非对称功分器、不规则屏蔽罩等无旋转对称结构，极坐标需多扇区拼接，操作比直角坐标系复杂，建议优先用直角坐标系。

 

四、关键注意事项

1. 旋转轴选择：默认z轴，若绕x/y轴对称，先“Modeling→CoordinateSystem→Rotate”调目标轴为z轴；

2. 角度范围设置：全圆周设0°~360°，扇区（如1/4圆环）设0°~90°，角度步长（如1°）需匹配网格精度；

3. 材料与边界对称：确保材料属性（介电常数、电导率）与边界条件沿旋转轴对称，非对称介质加载需拆分扇区，极坐标优势减弱；

4. 网格优化：r方向网格随r增大放宽（避原点过密），θ方向均匀（如每5°一网），保网格连续。

 

CST支持极坐标建模，对旋转对称结构有“简化操作、保精度、提效率”优势，按“切换坐标系→定义参数→建?！璞呓缂だ抡嫜橹ぁ绷鞒?，可高效完成同轴器件、对称天线建模。需注意仅适用于旋转对称结构，非对称结构仍用直角坐标系。

 

掌握此技能，能提升5G毫米波、卫星通信等领域旋转对称器件设计效率，是电磁仿真的实用工具?？山岷暇咛褰峁共问ㄈ缣煜叱叽?、频率）进一步优化流程。