在高頻電磁元件的設計過程中，工程團隊經常面臨設計複雜度與最佳化效率之間的拉鋸。以RF主被動元件為例，要同時兼顧尺寸、頻寬、匹配與製造條件，往往必須仰賴反覆試算與人工經驗修正，不僅耗費大量時間與運算資源，也讓開發週期被迫延長，降低了整體研發競爭力。 從痛點出發：高頻設計的三大挑戰 工程師在實際設計過程中，常面臨三大挑戰： 1. 幾何邊界受限，模型難以逼近真實結構 一旦設計涉及不規則曲面或複雜幾何形狀時，傳統參數化建模無法充分描述形體特徵，導致模型與實測結果之間的誤差無法消除。 2. 參數優化流程缺乏彈性與自動化 設計人員必須手動設定變數與條件，並耗費數小時多次重跑模擬以達到最佳結果。長時間的重覆運算，成為嚴重影響開發效率的主要瓶頸。 3. 模擬與製造結果脫節 隨著金屬與陶瓷3D列印技術的普及，RF元件的結構更趨精密。但全波電磁模擬模型往往未能完全反映列印製程的實際公差與電路材料效應，導致最後模擬與量測結果有所誤差，並且使重工風險增加。 解方啟動：CST x Tosca 打造跨界整合設計流程 在過去，這些問題確實棘手，工程團隊需要一個能同時兼顧設計探索、製造可行性與效能驗證的整合平台。CST Studio Suite如今已能透過與SIMULIA Tosca整合應用，讓參數化研究、非參數拓樸最佳化與3D列印導向設計，得以在同一流程中完成。真正實現「從概念到可量產」的閉環開發。 在2024年Euro Central SIMULIA使用者大會中，SIMUSERV總經理Frank Demming‑Janssen分享了這項整合流程的實際應用。他示範如何透過CST與Tosca的協同操作，突破傳統優化在幾何描述與參數數量上的限制，讓工程師以更高效率完成設計迭代與製造驗證。 圖1. CST與Tosca結合進行3D列印導向設計，透過多物理場模擬評估結構應力與形變分佈，優化材料配置並降低製程風險。 三大核心能力，讓設計邁向高效自動化 CST Studio Suite提供三大關鍵技術，專門解決工程師在高頻設計中常見的設計瓶頸： • 非參數拓樸最佳化（Topology Optimization） CST結合SIMULIA Tosca可針對初期模型進行拓樸設計探索。工程師只需輸入目標性能與邊界條件，Tosca即可自動生成結構形貌，再回到CST中完成幾何與材料最佳化。例如：在天線設計中，可先由Tosca快速導出初始形狀，並在CST環境中修整細節，以兼顧性能與製造可行性。 • 敏感度分析（Sensitivity Analysis） 透過自動化的多參數掃描，CST可分析各幾何或材料變數對關鍵性能的影響，幫助工程師迅速聚焦最具影響力的設計因子。以WR-90波導至同軸轉接器的設計為例，CST的敏感度分析可將模擬次數從數十次減至個位數，顯著提升設計收斂速度與準確度。 圖2. WR-90波導至同軸轉接器模型，透過參數掃描與敏感度分析，加速結構優化並提升設計效率。 • 3D列印驅動設計（Additive Manufacturing Driven Design） CST的多物理場模擬功能可同時評估結構應力、熱場分佈與電磁性能，並納入列印公差與材料特性。使用者可在設計階段即預測潛在製程風險，最小化加工誤差造成的性能偏差，確保模擬與實體製造結果一致。 實際成果：從「嘗試錯誤」轉變為「模擬驗證」 透過CST與Tosca的整合應用，設計流程不再停留在重複模擬與手動微調的階段，而是進入資料驅動、模擬導向的決策模式。 • 模型設計更貼近理論與實際製程條件 • 優化過程自動化、迭代次數顯著減少 • 開發週期縮短、設計風險降低 • 產品性能在量產階段即具備高度穩定性 CST Studio Suite不僅是一套電磁模擬軟體，更是整合設計、驗證與製造的關鍵利器。結合SIMULIA Tosca的非參數化最佳化與3D列印導向設計能力，工程師能以更少的時間完成更多次的創新實驗，從模擬中提前洞察真實世界的結果。 關鍵字：RF主被動元件、拓樸最佳化、非參數最佳化、3D列印導向設計、敏感度分析、參數掃描