论文总字数：34500字

摘 要

微波真空电子器件在需要大功率高增益的微波功率设备中有重要的作用。微波真空电子器件结构和工作原理复杂、使用仿真软件进行辅助设计是重要的设计步骤。现有的商用仿真软件尚不具备真空器件噪声特性仿真能力，东南大学自研的时域电子枪仿真软件模块（EGunNoiseSim2.0）具有独特的噪声电子产生和电子枪仿真能力，但尚未设计人机界面。为了促进软件的应用和发展，使用户能更加方便地进行电子枪的设计与仿真，本文在原有电子枪仿真程序的基础上进行了软件接口设计，开发了接口界面程序。

本文电子枪仿真软件接口程序基于VS 2015 设计平台，采用C 语言与MATLAB混合编程技术，将现有模块的C和MATLAB计算程序集成到一个界面下使用。程序内容包括：用户界面与电子枪三维结构、初始静电场、粒子轨迹、动态粒子分布、数据保存与读取的接口程序。 通过该接口程序，使用者可以在用户界面上方便地进行数据的读取和修改，调用相应的功能计算模块进行仿真计算，观察电子枪结构，观察粒子分布动态特性，及计算噪声特性参数。该软件接口的设计方便了程序的使用，提高了电子枪设计、仿真的效率。

关键词：电子枪，仿真程序，数值模拟，人机界面，软件接口设计

Abstract

Microwave vacuum electronic devices play an important role in microwave power devices that require high power and high gain. The structure and working principle of microwave vacuum electronic devices are complex, and the use of simulation software for aided design is an important design step. Existing commercial simulation software does not have the ability to simulate noise characteristics of vacuum devices yet. The time domain electron gun simulation software module (EGunNoiseSim2.0) developed by Southeast University has unique noise electron generation and electron gun simulation capabilities, but the human-machine interface has not been designed. In order to promote the application and development of the software, and to make the software more friendly for users to design and simulate electron guns. this paper designs software interface based on the original electronic gun simulation program and develops interface interface programs.

The electron gun simulation software interface programs are developed based on VS 2015 design platform. It uses C language and MATLAB mixed programming technology to integrate the existing module's C and MATLAB programs into one interface. The program includes: user interface and interface programs for simulation of the three-dimensional structure, the initial electrostatic field, the particle trajectory, and the dynamic particle distribution of electron gun, as well as the data storage and reading . Through the interface program, the user can conveniently read and modify the data on the user interface, call the corresponding function calculation module to perform simulations, observe the structure of the electron gun, observe the dynamic evolution of the particle distribution, and calculate the noise characteristic parameters. The design of the software interface facilitates the use of the program and improves the efficiency of the design and simulation of the electron gun.

Keywords: electron gun, simulation program, numerical simulation, human-machine interface, software interface design

目 录

摘要 1

Abstract 2

第一章 绪论 5

1.1研究背景 5

1.2行波管仿真软件简介 7

1.3本文主要工作 9

第二章 相关软件基础 10

2.1 MATLAB 2018 b 10

2.1.1 MATLAB简介 10

2.1.2 MATLAB编程功能 11

2.1.3 MATLAB编译功能 12

2.2 Visual Studio 2015 13

2.2.1 Visual Studio简介 13

2.2.2 MFC简介 14

2.2.3 混合编程简介 16

2.3 现有电子枪仿真软件模块简介 17

2.4 本章小结 18

第三章 仿真软件接口设计 20

3.1 电子枪仿真软件接口设计方案 20

3.2 功能模块接口设计方案 22

3.2.1 用户界面设计 22

3.2.2 数据的读取与写入 27

3.2.3 仿真结果数据的图形输出 28

3.3 软件界面功能调试 34

3.4 本章小结 36

第四章 电子枪仿真软件接口及应用 37

4.1 用户界面 37

4.2 功能模块演示 39

4.2.1结构设计模块 39

4.2.2初始静电场模块 41

4.2.3粒子仿真模块 41

4.2.4后处理模块 42

4.3 本章小结 45

第五章 总结及展望 46

致 谢 47

参考文献 48

附录(关键代码及注释) 49

第一章 绪论

1.1研究背景

微波器件的出现比当下应用广泛的固态器件要早的很多，且微波器件引领过一个时代，占据过电子器件的绝大部分的份额，它的出现大大加速了电子产品的发展速度。特别是1940年到1960年，不论是商用还是军用的微波真空电子器件应用都井喷式出现。然而，在科技不断进步下，因为人们日常生活场景的产品不需要很高的频率和功率，所以曾经电子器件的主角微波真空电子器件也慢慢被更新替换。当下已经是固态电子器件主导市场的时代了^[1]。尤其在1970年以后，由于西方发达国家的半导体产业与技术飞速进步，微波真空期间在市场上的表现节节败退。但是，相比脆弱的固态电子器件，微波真空还是有其擅长与不可替代的应用场景的。尤其是在功率比较高的应用场景里，微波电子器件的表现仍然优秀。

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