CST Studio — CAE用語解説

CST Studio Suite（現在はDassault SystèmesがCST AGを買収して傘下）はアンテナ・マイクロ波・EMC解析に特化したFDTD（時間領域差分法）ベースの電磁場シミュレーターだ。HFSSはAnsysのFEM（有限要素法）ベースだ。CST最大の特徴はFDTD法が時間領域で動くため、広帯域の周波数特性を1回の計算で一括取得できること。HFSSは周波数点ごとに計算するが精度と収束性が高い。「広帯域EMC評価はCST、ナローバンドの高精度フィルタ設計はHFSS」という使い分けが業界では多い。

Finite-Difference Time-Domain（有限差分時間領域）法は、マクスウェル方程式を時間・空間の差分でステップごとに解く手法だ。ヤットキンの手法（1966年）が基礎で、電場Eと磁場Hを六面体格子（Yee格子）に交互に配置して「EからHを、HからEを更新する」という時間発展計算を繰り返す。FEM（要素形状が自由）と比べてメッシュが直交格子に固定されるが、実装がシンプルでGPU並列に向いている。CSTはFDTDを「Transient Solver」として実装し、任意波形の入射波を与えてSパラメータを時間領域で求められる。

①アンテナ設計——スマートフォンのLTE/5Gアンテナ、車載レーダーの放射パターン最適化。②EMC（電磁両立性）——基板や筐体からの不要輻射（EMI）がEMC規格（CISPR/FCC）を満たすか評価。③マイクロ波回路——導波管・フィルタ・コネクタのSパラメータ特性。④RCS（レーダー断面積）——ステルス機の電波反射特性。国内では電装品のEMC対策でデンソーやパナソニックなどが使用しており、KEYSIGHT EMProと並んで車載EMCの定番ツールだよ。

散乱行列（Scattering Parameters）の要素で、高周波回路や電磁場の入出力特性を表す。S11は入射電力に対する反射電力の比（反射係数）——これがゼロに近いほどインピーダンスが整合されていてエネルギーが無駄なく伝達される。S21は入射電力に対する透過電力の比（透過係数）——アンテナの前後にフィルタを入れたとき、どれだけ信号が通過するかだ。VNAベクトルネットワークアナライザで実測するのとCSTシミュレーションの結果を比較して設計を検証するのが業界標準ワークフローだよ。