如何利用Python批處理CST的仿真模型并提取關注的結果？

作者 | Ma Bin

如果對于一個CST仿真模型，我們需要不斷的嘗試各種參數組合，以比較不同參數組合下的計算結果，那么我們應該怎么做呢？

方法一：一次一次的打開模型，修改參數并且啟動仿真，然后保存每一次的結果？

方法二：進行一些參數掃描，甚至是迭代的進行多個參數的掃描？

顯然，方法二適用于每次只變1-3個參數，如果每次需要改變的參數很多，并且參數的變化沒有規(guī)律，那么這種嵌套的掃參方式會計算一些無用的參數組合結果，不僅浪費時間還多占用內存。

如果只需進行3次或者5次的參數組合，那其實直接用方法一，就是最高效最簡單的辦法。但是如果參數的組合數上升到50次甚至500次，那我們就需要尋求另一種方法了，這也是這篇文章中我想跟大家介紹的利用Python進行批處理的方法。

方法三：利用Python進行批處理

我們以一個CST自帶的喇叭天線為例，這里的監(jiān)視器做了刪減，只保留了三個頻點的遠場監(jiān)視器，我們關心的是天線的遠場性能和S參數。

在這個喇叭天線模型中，有很多參數。我們創(chuàng)建一個Excel，命名為Parameter List，然后輸入三組天線的參數，這里我們只改變其中三個參數。需要注意的是，參數的修改必須是合理的，否則會造成3D建模報錯，進而會導致Python代碼運行不成功，無法達到批處理的效果。

在CST中，我們還需要設置兩個后處理模板，一個是導出遠場方向圖，另一個是導出S參數。這里的結果導出，可以根據需要隨意調整。

在Python腳本中，有以下幾個重要的組成部分。

• 導入必要的庫，包括CST的庫：這里主要是導入DesignEnviroment，它可以控制CST的打開和關閉；其他的庫比如xlrd、numpy、matplotlib等等視需要而定；

• 讀取參數列表：從Excel中讀取我們需要的參數組合；

• For循環(huán)：遍歷Excel中所有的行，每個循環(huán)中嵌套CST的打開、修改模型、仿真、導出數據最后關閉CST等一系列操作。

• CST控制：完成指定CST仿真工程的打開和關閉，按照Excel中的參數修改模型的parameter list，選擇求解器并啟動仿真。其中，將Excel中的參數傳遞給CST，并控制CST的parameter list進行參數修改，主要參照下面的代碼；

• 數據導出：CST中設置的后處理模板，會將需要的結果保存到所在工程文件夾下的Export文件夾中，需要通過Python將每次循環(huán)計算的結果抓取并存放到指定output文件夾中。

• 數據繪圖：利用Python可以對每次計算的結果進行繪圖，在批處理完成之后，可以對每種參數組合的主要結果進行預覽。這一步可有可無，按需取舍。

運行Python代碼，如下圖，可以顯示Number of Antenna和 Parameter name等等信息，還可以顯示目前的進度。當然這里也可以顯示CST模型的網格數量，端口數量等等用戶關心的信息，只需要加代碼即可。

隨后，在指定的output文件夾內，可以看到導出的數據，這里的數據都自動加了前綴以便區(qū)分。值得說明的是，在本例中我們關心的是每個喇叭天線的S參數和遠場性能，所以這里就只抓取了這些結果。如果需要場源文件、電場數據等等，都可以通過后處理+Python的方式抓取并保存。

最后，將每個天線的主要性能都用Python繪制出來，方便查看。

也可以將同類的數據都繪制在一起，更方便對比。當然，這個比較靈活，根據需要修改代碼即可。

最后做個總結，以前CST軟件的二次開發(fā)多以VBA語言為主，近年來，細心的讀者已經發(fā)現我們開放了很多Python的接口，因為Python的開源性、可擴展性以及可讀性使得它更容易被電磁工程師接受和上手。

在本例中，我們展示了利用Python批處理CST的仿真工程，并抓取我們所關心的結果。當我們需要進行大量的重復性仿真時，我們可以嘗試編寫一段python腳本幫助我們，正所謂磨刀不誤砍柴工嘛。