使用python-cst联合仿真更新参数并导出相位数据

20250509修改：解决了留下的疑惑，并增加了新的发现。

目的

使用python-cst联合仿真对一个已有的CST文件进行指定参数更新、仿真，并导出反射相位数据。在这里，这里使用的是CST2021，以及一个反射超表面项目文件，其模型如下图所示。对模型中间的Lumped Element的RLC串联电路（即变容二极管的等效电路）的R、C值进行更新、测试。

一，确定python环境

通过查看帮助文档可以知道所用的CST版本支持的python版本，并创建相对应的python环境。同时，文档下面还说明了加入环境变量的办法。

二， 设置环境变量

方法1：添加系统变量

在环境变量中添加下图所示的系统变量，AMD64文件在自己的CST安装路径中。

方法2：代码添加

在python代码文件中添加如下代码。注意：此代码必须添加到代码最开始，要不然后面导入cst.interface时会报错。

# 调用cst接口
import sys
cst_lib_path = r"F:\cst2021\AMD64\python_cst_libraries"
sys.path.append(cst_lib_path)

这种代码添加方式只能在当前类中生效。例如：当我在某个py文件使用了该语句，但是另一个py文件在调用cst模块时，可能报错：cst模块未找到。

当然，还有另一种方法可以实现联合仿真，即基于wincom组件，此时，这种方法就和matlab联合仿真思路完全一致。

三，CST项目创建

为了防止DE的重复建立，造成过多的CST进程；以及指定的CST文件的频繁打开。在这里，会先判断DE以及CST文件是否被打开。即：如果DE已被打开，则遍历DE中的所有项目文件，判断指定的CST文件是否已经打开。若已打开，则直接转到此项目；若未打开，则在最后一个DE中打开项目文件。如果DE未被打开，则直接创建一个新的DE，再在其中打开项目文件。

# 打开CST文件
def opencst(cst_path):
    # 判断是否存在仿真结果文件，有的话则将其删除
    # result_path = cst_path.split('.')[0]
    # if os.path.exists(result_path):
        # shutil.rmtree(result_path)

    allpids = cst.interface.running_design_environments()  # 以列表形式返回运行的cst环境名(PIDs)
    DE_is_open = False   # 判断是否有打开的DE
    cst_is_open = False  # 判断指定cst文件是否打开
    for pid in allpids:
        my_DE = cst.interface.DesignEnvironment.connect(pid)  # 连接到指定PID的DE
        # print(my_DE)
        DE_is_open = True
        for project_path in my_DE.list_open_projects():  # 返回已打开项目(cst文件)的路径，如果项目中存在未保存的文件、含中文等特殊字符的文件则会报错
            # print(project_path)
            if cst_path == project_path:  # 如果已打开文件存在，直接使用此cst项目
                my_project = my_DE.get_open_project(project_path)
                cst_is_open = True
                break
    if not DE_is_open:  # DE不存在，则新建一个DE，否则使用上面已打开的最后一个DE
        my_DE = cst.interface.DesignEnvironment()
    if not cst_is_open:  # cst文件未打开，则在最后一个DE中打开指定cst文件
        my_project = my_DE.open_project(cst_path)
    return my_DE, my_project

四，定义VBA代码执行

sCommand是以列表形式保存的每一行的vba代码，并使用’\n’进行拼接，之后进行宏命令运行（历史书中不显示，等同于在Macro Editor进行编译）。

line_break = '\n'  # 用于VBA代码的拼接


# 执行VBA代码
def execute_vba(cst_project, sCommand):
    sCommand = line_break.join(sCommand)
    res = cst_project.schematic.execute_vba_code(sCommand, timeout=None)  # 执行VBA代码
    return res

五，参数更新

在这里，对capacitance和resistance两个变量进行参数更新，更新的值位于par_change中。

# 更新参数
    sCommand = ['Sub Main()',
                f'StoreParameter("capacitance", {par_change[0]})',
                f'StoreParameter("resistance", {par_change[1]})',
                'RebuildOnParametricChange(False, True)',
                'End Sub']
    execute_vba(my_project, sCommand)
   

六，数据导出

由于遍历结果树时，显示的是SZmax(2),Zmax(2)的dB幅度数据曲线，因此，需要先绘制出反射Phase曲线，之后才能将结果导出为txt文件。

可以手动切换为香味数据

# 反射相位数据收集
    sCommand = ['Sub Main',
                'SelectTreeItem("1D Results\S-Parameters\SZmax(2),Zmax(2)")',
                'With Plot1D',
                '.PlotView "Phase"',
                '.Plot',
                'End With',
                'With ASCIIExport',
                '.Reset',
                f'.FileName'
                '.Execute',
                'End With',
                'End Sub']
    execute_vba(my_project, sCommand)

由于我目前还不会使用vba代码进行Delete Results操作或者是使得Result Navigator只显示一条曲线， 因此，从第二次结果导出过程开始，导出的txt文件中都会包含之前所有的曲线数据，但会以如图所示的列名来进行分隔。同时，最新的仿真结果一定位于最后一个表格处。

因此，需要对收集到的txt文件进行拆分，以保留最后一个结果。（哈，你说直接保存最后一个表不就得到了所有的数据？我也想啊，可是不知道为啥，曲线序号有时会和仿真序号不匹配。当然，如果你的曲线数据保证不会乱掉，也可以直接在最后一次仿真后进行保存，然后进行表格数据拆分。）

由帮助文档可知，在激活显示的曲线时，有一个绘制参数可以清除内存内的所有曲线，然后重新绘制，在这种情况下，导出的数据才是只有一个。此外，曲线序号有时会和仿真序号不匹配，是因为导出时是按照指定序号进行标定，即绘制时间顺序。而当排序按照参数大小排列时，就会修改其中一个序号，导致乱序。
此外，脚本导出数据时，对于0D/1D数据，使用官方给的接口反而更为直接，根本没必要使用vba代码。同时，还有一种更为简单直接地方式，即通过后处理模板直接导出文件，这样做效率更高更快。

# 对一个txt文件的多个表格进行拆分
def txt_split(txt_path, str_split):
    txt_path = txt_path.replace('/', '\\')
    all_data = pd.read_csv(txt_path, sep='\t', header=None)
    up_index = 0  # 记录表格起始行数下标
    # down_index = -1  # 记录表格终止行数下标
    for index in range(all_data.__len__()):
        if str_split in all_data.iloc[index].__str__():
            up_index = index
    data = all_data.iloc[up_index:]

    save_path = os.path.join(r'./data/phase_pro', txt_path.split('\\')[-1])
    data.to_csv(save_path, header=None, index=None)