PIRANTI LUNAK SIMULASI CST STUDIO SUITE

1. CST Studio Suite

CST Studio Suite® adalah paket perangkat lunak analisis 3D EM berkinerja tinggi untuk merancang, menganalisis, dan mengoptimalkan komponen dan sistem elektromagnetik (EM). Di CST sudah dilengkapi dengan electromagnetic field solvers yang sudah menyatu dengan user interface. Solver tersebut bisa digabungkan untuk melakukan simulasi hibrida dan memudahkan pengguna untuk menganalissi seluruh sistem yang terdiri dari beberapa komponen dengan cara yang efisien. (Dassault Systèmes, 2025)

Subjek umum analisis EM meliputi kinerja dan efisiensi antena dan filter, kompatibilitas dan interferensi elektromagnetik (EMC/EMI), paparan tubuh manusia terhadap medan EM, efek elektro-mekanis pada motor dan generator, dan efek termal pada perangkat berdaya tinggi. (Dassault Systèmes, 2025)

CST Studio Suite digunakan di perusahaan teknologi dan rekayasa terkemuka di seluruh dunia karena CST memungkinkan penggunaan virtual prototyping. Kinerja perangkat dapat dioptimalkan, potensi masalah terkait pemenuhan spesifikasi bisa diidentifikasi dan dikurangi di awal proses desain, jumlah prototipe fisik yang diperlukan dapat dikurangi, dan risiko kegagalan pengujian dan penarikan produk dapat diminimalkan.

Penggunaan aplikasi CST Studio Suite pada buku ini hanya terbatas pada simulasi saluran transmisi mikrostrip dan nantinya juga sedikit melibatkan simulasi antena mikrostrip pada saat pembahasan rangkaian penyesuai impedansi. Oleh karena itu, meski fitur yang ditawarkan pada CST Studio Suite sangat berlimpah namun yang akan dibahas hanya yang terkait dengan simulasi saluran transmisi atau antena mikrostrip saja. 

Untuk mendapatkan piranti lunak CST Studio Suite Learning Edition bisa dilakukan dengan membuat akun SIMULIA User Communities terlebih dahulu melalui tautan https://www.3ds.com/products/simulia/user-communities kemudian baru bisa mengunduh aplikasi melalui tautan https://software.3ds.com/. Installer yang sudah diunduh kemudian bisa dijalankan untuk memasangkan aplikasi di komputer. Setelah proses instalasi berhasil, pengguna akan diminta untuk memasukkan username dan password akun SIMULIA User Communities  yang telah dibuat sebelumnya untuk bisa mendapatkan lisensi Learning Edition. Bila berhasil, akan muncul tampilan awal seperti ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1 Tangkapan Layar Tampilan Awal CST Studio Suite 2025

Pada umumnya, dalam proses desain sering kali dibutuhkan pengulangan proses karena adanya ketidaksesuaian hasil simulasi dengan hasil yang diharapkan. Agar tidak perlu mengulang proses konfigurasi yang sama berulang-ulang setiap akan membuat simulasi baru maka disarankan untuk membuat project template. Langkah yang pertama untuk membuat project template adalah dengan mengklik ikon  New Template dan akan muncul jendela Application Area, kemudian pilih menu MICROWAVES & RF/OPTICAL kemudian pilih Antennas pada menu yang muncul berikutnya lalu klik tombol Next>.

Gambar 2 Tangkapan Layar Jendela Application Area 

Karena pembahasan buku ini terbatas pada saluran transmisi dan antena mikrostrip, maka pada jendela Workflow seperti ditunjukkan pada Gambar 3 pilih Planar (Patch, Slot, etc.) dan kemudian klik tombil Next>. 

Gambar 3 Tangkapan Layar Pemilihan Workflow.

Pada jendela Solver, pilih Time Domain lalu klik Next> seperti ditunjukkan pada Gambar 4. 

Gambar 4 Tangkapan Layar Recommended Solver. 

 

Selanjutnya, pada jendela Units bisa dipilih satuan-satuan dari beberapa besaran yang digunakan dalam simulasi sesuai dengan preferensi pengguna. Satuan yang bisa dipilih hanya empat besaran yang pertama saja yaitu Dimensions, Frequency, Time dan Temperature. Saluran transmisi mikrostrip biasanya berukuran kecil sehingga besaran dimensions disarankan menggunakan satuan milimeter (mm), frequency bisa dalam MHz atau GHz menyesuaikan frekuensi kerja yang ingin disimulasikan, time dalam nano second (ns), dan di Indonesia satuan temperature lebih disukai dalam derajat celcius (𝐶

∘). Setelah satuan dipilih yang sesuai, bisa dilanjutkan dengan mengklik tombol Next>.

Gambar 5 Tangkapan Layar Jendela Pemilihan Satuan.

Gambar 6 Tangkapan Layar Jendela Settings. 

Pada jendela Settings seperti ditunjukkan pada Gambar 6, terdapat pengaturan frekuensi minimum (Frequency Min.) dan frekuensi minimum (Frequency Max.) yang harus diisikan yang merupakan rentang frekuensi pengamatan saat simulasi nanti. Untuk memudahkan pengamatan yang simetris, justru yang perlu ditentukan adalah frekuensi tengah atau frekuensi kerja sistem kemudian dikurangi dengan setengah dari lebar band pengamatan simulasinya. Misalkan suatu sistem akan disimulasikan bekerja pada frekuensi 3GHz dengan lebar bandwidth pengamatan 2GHz, maka frekuensi minimumnya diatur 2Ghz dan frekuensi maksimumnya diatur pada frekuensi 4Ghz. Pada menu Monitor, bisa dipilih lebih dari satu fitur yang akan dilakukan pengamatan dalam simulasi, dalam contoh ini dipilih tiga hal saja yaitu E-Field dan H-Field. Pada bagian menu Define at bisa digunakan untuk mengkonfirmasi bahwa frekuensi minimum dan maksimum sudah diatur dengan benar, jika angka yang ditengah antara tanda titik koma (;) sesuai dengan frekuensi kerja maka frekuensi minimum dan maksimum sudah benar. Lalu bisa dilanjutkan dengan mengklik tombol Next>.

Gambar 7 Tangkapan Layar Jendela Summary. 

Pada jendela Summary seperti ditunjukkan pada Gambar 7,  berikan nama template pada bagian Template Name sekaligus mengulas lagi pengaturan yang sudah dilakukan sebelumnya terkait pemilihan satuan dan pengaturan frekuensi serta monitors. Bila dirasa sudah sesuai dan benar, bisa dilanjutkan dengan mengklik tombol Finish yang kemudian akan muncul jendela utama aplikasi CST Studio Suite seperti ditunjukkan pada Gambar 8.

Gambar 8 Tangkapan Layar Jendela Utama Aplikasi CST Studio Suite 

2 Antarmuka Aplikasi CST Studio Suite

Untuk mengenal nama-nama bagian atau menu aplikasi CST Studi Suite beserta fungsinya, berikut ini adalah nama bagian-bagian CST Studio suite :

a. Quick Access Toolbar

Quick Access Toolbar (QAT) seperti ditunjukkan pada Gambar 9 terletak pada bagian kiri paling atas dari jendela utama aplikasi, toolbar ini adalah menu yang bisa diakses secara cepat dengan mengklik ikon menu yang sesuai. Pada umumnya, QAT terdapat menu untuk membuat file simulasi baru, membuka, menyimpan atau mencetak file simulasi, serta untuk membatalkan atau mengulangi pekerjaan yang terakhir (undo/redo). Menu-menu QAT juga bisa dikustomisasi mana saja yang ditampilkan dan mana yang tidak ditampilkan. 

Gambar 9 Quick Access Toolbar 

 

b. Tab dan Ribbon

Terdapat dua jenis Tab yaitu Core Tabs dan Contextual Tab, perhatikan pada Gambar 10. Core Tab adalah tab yang selalu muncul di menu, berbeda dengan contextual tab yang hanya akan ketika objek tertentu dipilih atau tampilan khusus diaktifkan. Pada bagian bawah tab, terdapat ribbon menu yang

akan ditampilkan sesuai dengan tab yang dipilih.

Gambar 2. 10 Tabs dan Ribbon Menu 

 

c. Navigation Tree

Navigation Tree adalah bagian penting pada antarmuka pengguna, dari sini pengguna bisa mengakses komponen yang telah didesain, material yang digunakan, port, hasil simulasi dan lain sebagainya. Menu-menu yang bisa diakses melalui navigation tree bisa dilihat di Gambar 

Gambar 11 Navigation Tree 

 

d. Drawing Plane

Drawing Plane adalah area yang bisa digunakan untuk menggambar struktur, seperti ditunjukkan pada Gambar 12. Karena mouse hanyalah penentu lokasi 2D, bahkan ketika mendefinisikan struktur 3D, koordinat harus diproyeksikan ke Drawing Plane untuk menentukan lokasi 3D. Karena pengguna dapat mengubah lokasi dan orientasi bidang gambar dengan berbagai alat, fitur ini menjadikan pemodelan sangat canggih. (Mahmud, 2024) 

Gambar 12 Drawing Plane. 

 

e. Parameter List

Parameter list berisi variabel-variabel dan nilainya yang bisa digunakan dalam menentukan dimensi atau ukuran desain. Dengan mengubah nilai variabel di parameter list maka ukuran pada desain otomatis akan ikut berubah. Hal ini akan memudahkan pengguna ketika bereksperimen dengan beberapa variabel yang akan diubah-ubah secara program menggunakan parameter sweep. 

f. Result Navigator

Ketika berekperimen dengan beberapa variabel yang nilainya diubah-ubah, pengguna bisa membandingkan hasil percobaan sekarang dengan hasil percobaan sebelumnya dengan mengakses Result Navigator. Dengan begitu, pengguna bisa memutuskan desain mana yang memberikan hasil terbaik. Result Navigator menempati area yang sama dengan Parameter List dan terdapat tab di bawahnya untuk memilih antara kedua menu tersebut seperti ditunjukkan pada Gambar 13.

Gambar 13 Parameter List dan Result Navigator 

 

g. Messages dan Progress

Bagian Messages dan Progress mirip dengan Parameter List dan Result Navigator, berada di satu area yang sama namun hanya bisa ditampilkan salah satu dengan cara memilih tab di bawahnya yang diinginkan oleh pengguna. Posisinya di aplikasi berada pada kanan bawah Drawing Plane atau sebelah kanan Parameter List / Result Navigator. Messages menampilkan pesan informasi dalam bentuk teks terkait proses yang telah dijalankan dan hasilnya bila tersedia sedangkan Progress menampilkan proses yang sedang berjalan dalam bentuk progress bar dan persentase progresnya seperti ditunjukkan

pada Gambar 14. 

Gambar 14 Progress dan Messages

 

Lihat postingan ini di Instagram

Sebuah kiriman dibagikan oleh BANNER WISUDA/SIDANG MALANG NO 1🎓✨️ (@bannerkuy)

3. Mensimulasikan Saluran Transmisi Mikrostrip

Untuk menyimulasikan saluran transmisi mikrostrip menggunakan aplikasi CST Studio Suite, dibutuhkan :

a. Satu unit komputer atau laptop

b. Aplikasi CST Studio Suite yang sudah terinstall dan lisensinya terverifikasi.

Adapun langkah-langkah untuk menyimulasikan saluran transmisi mikrostrip pada aplikasi CST Studio Suite adalah : 

1) Hitung lebar mikrostrip menggunakan kalkulator yang sudah dibuat pada Bab 1 untuk membuat saluran transmisi yang bekerja pada frekuensi 3 GHz dan mempunyai impedansi karakteristik 𝑍0 = 50Ω dengan menggunakan bahan Rogers RO3003 yang mempunyai permitifitas relatif sebesar 𝜀𝑟 = 3. 

2) Berdasarkan hasil perhitungan kalkulator dan data pada datasheet Rogers RO3003 didapatkan beberapa parameter berikut ini :

𝑊 = 3,821𝑚𝑚

ℎ = 1,52𝑚𝑚

𝑡 = 17𝜇𝑚 = 0,017𝑚𝑚

𝜀𝑟 = 3

3) Untuk memudahkan mengilustrasikan geometri saluran transmisi yang akan disimulasikan nanti, amati desain dan sistem koordinanya pada Gambar 15

Gambar 15 Desain Saluran Transmisi Tampak Tiga Dimensi

Gambar 16 Desain Saluran Transmisi Tampak Depan (Pada Sumbu z Positif)

Gambar 17 Desain Tampak Samping (Pada Sumbu x Positif)

4) Bila saluran transmisi yang dibutuhkan mempunyai lebar 40 mm dan panjang 50 mm maka parameter pada langkah 2 bertambah menjadi :

𝑊 = 3,821𝑚𝑚

𝑊𝑔 = 40 𝑚𝑚

𝑙𝑔 = 150 𝑚𝑚

ℎ = 1,52𝑚𝑚

𝑡 = 17𝜇𝑚 = 0,017𝑚𝑚

𝜀𝑟 = 3

Agar memudahkan proses desain di CST Studio suite, parameter-parameter di atas disimpan pada Parameter List yang berada pada sisi kiri bawah aplikasi seperti ditunjukkan pada Gambar 18

Gambar 18 Daftar Parameter Saluran Transmisi Mikrostrip 

5) Untuk memulai proses desain, pilih Tab Modelling yang berada pada sisi kiri atas, kemudian klik ikon Brick. Akan muncul peringatan “Double click first point in working plane (Press Esc to show dialog box)”. Tidak perlu mengeklik apapun namun langsung saja tekan tombol Esc.

Gambar 19 Menu Brick.

6) Pada kotak dialog Brick seperti ditunjukkan pada Gambar 19, isikan nilai dimensi dari desain, bisa juga menggunakan variabel yang sudah disimpan di Parameter List sebelumnya. Pada langkah ini, yang pertama dibuat terlebih dahulu adalah bagian ground plane. Sesuai dengan desain pada Gambar 15, maka Xmin, Xmax, Ymin, Ymax, Zmin serta Zmax dituliskan seperti pada Gambar 20. Selain nilai masing-masing parameter, yang perlu diperhatikan adalah materialnya. Pada contoh simulasi ini akan digunakan PEC (Perfect Electric Conductor) sebagai bahan pembuat konduktornya. 

Gambar 20 Kotak Dialog Brick untuk Ground Plane. 

7) Untuk memastikan bentuk sudah sesuai dengan keinginan, klik tombol Preview untuk pratinjau seperti ditunjukkan pada Gambar 21. Bila dirasa sudah benar bisa langsung klik tombol OK.

Gambar 21 Pratinjau Bagian Ground Plane 

8) Langkah selanjutnya adalah membuat substrat dielektrik yang letaknya menempel tepat di atas ground plane. Sehingga secara dimensi akan sama dengan ground plane namun berbeda pada peletakan pada sumbu y serta material yang dipakai. Untuk membuat substrat dielektrik, pilih Tab Modelling, kemudian klik ikon Brick, langsung saja tekan tombol Esc. Kemudian isi parameter pada kotak dialog Brick seperti ditunjukkan pada Gambar 22. Lalu pada bagian Material, pilih “Load from Material Library…”. Cari material Rogers RO3003 (loss free) dengan mengetikkan kata kunci pada bagian Material: dan pilih yang sesuai pada tabel seperti ditunjukkan pada Gambar 23. Setelah ketemu, klik Load. 

Gambar 22 Kotak Dialog Brick untuk Dielectric. 

Gambar 23 Kotak Dialog Material Library 

 

Klik tombol Preview untuk memastikan posisi  dan ukuran sudah sesuai, kemudian klik tombol OK. 

9) Pada lapisan teratas, terdapat konduktor yang menjadi microstrip line-nya. Prosedur pembuatannya sama dengan membuat lapisan ground plane ataupun dielectric namun dimensinya saja yang berbeda, yaitu dengan mengklik Tab Modelling, kemudian klik ikon Brick, langsung saja tekan tombol Esc. Kemudian isi parameter pada kotak dialog Brick seperti ditunjukkan pada Gambar 24. Jangan lupa mengganti Material menjadi PEC kemudian klik Preview untuk memastikan posisi dan dimensi. Bila dirasa sudah tepat, klik tombol OK. Hasil akhir ditunjukkan pada Gambar 25.

Gambar 24 Kotak Dialog Brick untuk Line 

Gambar 25 Saluran Transmisi Microstrip. 

10) Agar bisa disimulasikan, maka kedua ujung microstrip line di atas perlu ditambahkan port. Langkah pertama yang harus dilakukan adalah mengubah tampilan agar lebih mudah diamati dengan bantuan menu-menu navigasi di sebelah kanan bawah sehingga penampang pada ujung strip terlihat. Perbesar pada bagian microstrip line-nya seperti ditunjukkan pada Gambar 26. 

Gambar 26 Bagian Line yang Ditampilkan dengan Perbesaran. 

11) Pada tab Modelling, pilih Picks, kemudian klik Pick Face. Kemudian arahkan pointer ke bagian penampang microstrip line, setelah tersorot warna merah seperti ditunjukkan pada Gambar 27, klik ganda (double click) di bagian tersebut.

Gambar 27 Bagian yang Dilakukan Pick Face. 

12) Setelah di-double click, hasilnya ditampilkan pada Gambar 27.

Gambar 28 Tampilan Setelah Berhasil Pick Face. 

13) Langkah berikutnya, Klik Tab Home, lalu pilih VBA Macros, pilih Solver, pilih Ports, kemudian klik Calculate port extension coefficient dan akan muncul kotak dialog seperti pada Gambar 29. Pastikan Type sudah terpilih Microstrip dan Dimensions sudah sesuai dengan nilai pada desain kita. Bila sudah, klik Calculate dan setelah nilai k didapat bisa langsung klik Construct port from picked face. Lalu bisa klik tombol Close.

Gambar 29 Menghitung Port Extension Coefficient. 

 

14) Bila berhasil, maka ujung microstrip line terdapat kotak warna merah seperti ditunjukkan pada Gambar 30.

Gambar 30 Port 1 pada Microstrip Line. 

 

15) Ulangi langkah 10 sampai dengan 14 pada sisi ujung microstrip line yang lain sehingga terbentuk seperti pada Gambar 31.

Gambar 2. 31 Port 1 dan 2 pada Microstrip Line. 

 

16) Klik tab Simulation lalu pilih Boundaries dan ubah seperti pada Gambar 2.32. 

Gambar 32 Pengaturan Boundaries. 

17) Untuk memulai proses simulasi, klik Tab Home, kemudian klik Start Simulation. Di pojok kanan bawah terdapat dua tab yang bisa digunakan untuk memonitor progres simulasi dan mendeteksi adanya warning atau error yaitu tab Progress dan Messages seperti ditunjukkan pada Gambar 33 dan Gambar 34 secara berurutan.

Gambar 33 Tampilan Progress

Gambar 34 Tampilan Messages

18) Hasil simulasi bisa diamati pada Navigation Tree terutama pada menu 1D Results dan 2D/3D Results. Pada menu 1D Results, hasil yang penting untuk diamati adalah SParameters, Reference Impedance,  dan VSWR. Gambar 35 berikut ini adalah contoh grafik S-Parameter untuk 𝑆1,2 yang bisa dihasilkan dari simulasi.

Gambar 35 Parameter 𝑆1,2 Hasil Simulasi 

 

Untuk mendapatkan pembacaan kurva yang akurat, manfaatkan menu Curve Markers yang bisa diakses di ribbon menu atas kemudian pilih Add Curve Marker, setelah itu klik ganda (double click) pada kurva yang dikehendaki untuk diamati. Pada contoh kasus praktikum ini, frekuensi yang dianalisa adalah frekuensi 3GHz maka klik ganda kurva yang berpotongan dengan garis 𝑓 = 3𝐺ℎ𝑧  seperti ditunjukkan pada Gambar 36. 

Gambar 36 Pembacaan Curve Marker pada Menu dB. 

Pada pojok kiri bawah akan muncul nilai magnitude dari 𝑆1,2 pada saat frekuensi 𝑓 = 3𝐺ℎ𝑧. Karena dalam bentuk bilangan kompleks, maka selain punya magnitude, 𝑆1,2 juga punya sudut yang bisa diamati dengan mengganti pada ribbon menu dari dB menjadi Phase seperti ditunjukkan pada Gambar 37. 

Gambar 37 Pembacaan Curve Marker pada Menu Phase. 

19) Ulangi prosedur yang sama mengamati semua komponen SParameters, Reference Impedance,
dan VSWR.
20) Catat semua data pada tabel seperti di bawah ini.

Tabel 2. 1 Data Hasil Simulasi S-Parameters, 𝑍𝑟𝑒𝑓 dan VSWR

W	S1,1	S2,1	S1,2	S2,2	ZRef1	ZRef2	VSWR1	VSWR2
3.821 mm	… Ð…0	… Ð…0	… Ð…0	… Ð…0	… W	… W	….	…

21) Simpan project dengan mengeklik menu File lalu pilih Save, beri nama project tersebut kemudian klik tombol Save.

2.4 Rangkuman

Dari uraian di atas, bisa dirangkum menjadi :

1. Dengan menggunakan CST Studio Suite, bisa dilakukan virtual prototyping untuk memastikan desain yang dibuat sesuai dengan yang diharapkan tanpa perlu membuat langsung dalam barang jadi. Hal ini bisa menghemat waktu dan biaya.
2. Parameter S adalah parameter yang bisa didapatkan pada pengukuran menggunakan vector network analyzer. CST Studio mampu menyajikan hasil simulasi layaknya pengukuran menggunakan alat ukur yang sebenarnya.