DE1564470C3 - Ablenkvorrichtung für geladene Teilchen und deren Verwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ablenkung geladener Teilchen mit zwei Ablenkelektroden deren eine aus einer wendeiförmigen Wicklung aus einem nahezu flachen elektrisch leitenden Band mit einem flachen Teil parallel zur Wicklungsachse besteht.

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Ablenkvorrichtung dieser Art in einer Kathodenstrahlröhre mit einem Elektronenstrahlerzeugungssystem.

Zur Ablenkung eines Strahls bzw. Bündels geladener Teilchen ist die Verwendung eines Systems aus zwei je auf einer Seite des Strahls einander gegenüber angeordneten Ablenkelektroden bekannt. Viele der bekannten Kathodenstrahlröhren enthalten eins oder mehrere dieser Systeme zur Ablenkung des Elektronenstrahls. Diese Systeme sind jedoch nur bei nicht allzu hohen Frequenzen der Ablenkspannung brauchbar. Wenn z. B. bei einem aus zwei flachen Platten bestehenden System die Laufzeit der geladenen Teilchen zwischen den Platten mit der Periode der Ablenkspannung vergleichbar wird, ergibt sich keine zufriedenstellende Ablenkung.

Um ein aus zwei Ablenkelektroden bestehendes Ablenksystem höheren Frequenzen anzupassen, wurde bereits vorgeschlagen, daß System derart auszubilden.

daß die Elektroden eine Verzögerungsleitung bilden. Eine elektromagnetische Welle, die sich an einer Verzögerungsleitung entlang fortpflanzt und dabei einen Teilchenstrahl beeinflußt, der in der Umgebung der Verzögerungsleitung läuft, kann eine geeignete Ablenkung ergeben, wenn die Geschwindigkeit der Welle in Richtung des Strahls etwa gleich der Strahlgeschwindigkeit ist. Dies ist leicht'erreichbar. Die Verzögerungsleitung kann die Geschwindigkeit der Welle in Richtung des Strahls auf ein Bruchteil der Welle im Medium, z. B. auf ein Zehntel, herabsetzen, und die Geschwindigkeit des Strahls geladener Teilchen kann durch ein geeignetes elektrisches Feld angepaßt werden.

Es ist außerdem wichtig, daß bei einem Ablenksystem, das aus zwei Elektroden besteht, die eine Verzögerungsleitung bilden, die Signale während der Ausbreitung entlang der Verzögerungsleitung nicht verzerrt werden. Wichtige Verzerrungsursachen sind die Laufzeit durch das System, die Dämpfung, und die Dispersion der Phasengeschwindigkeit. Um die Dispersion der Phasengeschwindigkeit zu verkleinern, finden sogenannte TEM-Wellen Verwendung. Im reinen TEM-Modus haben die Wellen transversale elektrische und magnetische Felder, und sie pflanzen sich mit einer Geschwindigkeit fort, die unabhängig von der Frequenz und gleich der Lichtgeschwindigkeit ist. Weil der Strahl mit den geladenen Teilchen eine viel geringere Geschwindigkeit hat, muß die Verzögerungsleitung eine große Länge haben und gewickelt sein, um die erforderliche Verzögerung zu erzielen.

Die am besten geeigneten Bauarten eines Systems, bei dem die zwei Elektroden, zwischen denen Ablenkspannungen zum Ablenken eines Strahls angelegt werden, eine Verzögerungsleitung bilden, scheinen die Bauarten zu sein, bei denen eine dieser Elektroden eine wendeiförmige Wicklung aus einem nahezu flachen elektrisch leitenden Band mit einem flachen Teil parallel zur Wicklungsachse ist. Es sind mehrere Vorrichtungen mit derartigen Verzögerungsleitungen bekannt.

Bei einigen dieser Vorrichtungen ist die zweite Elektrode des Ablenksystems innerhalb der Wicklung angeordnet. Es ist z. B. eine Vorrichtung bekannt, bei der die zweite Elektrode ein von einer Schicht aus keramischem Material umgebener Stab aus rostfreiem Stahl ist, auf den die Wendel gewickelt ist. Der Stab weist einen flachen Teil auf, der sich parallel zur Stabachse und zum flachen Teil der Wicklung erstreckt. Die keramische Schicht weist eine Nut mit rechteckigem Querschnitt zwischen den flachen Teilen der Elektroden auf. Der Strahl läuft durch diese Nut.

Bei anderen Typen von Vorrichtungen dieser Art befindet sich die Wicklung innerhalb der zweiten Elektrode des Ablenksystems. Es ist z. B. eine Vorrichtung bekannt, bei der die zweite Elektrode ein Hohlzylinder mit einem flachen Teil parallel zur Zylinderachse ist. Die Wendel ist auf einen Träger aus Isoliermaterial gewickelt, der sich innerhalb der zweiten Elektrode befindet. Der Träger ist derartig gestaltet und angeordnet, daß die Wicklung einen flachen Teil hat, der sich parallel zum flachen Teil der zweiten Elektrode dieser gegenüber erstreckt. Die flachen Teile der Elektroden liegen je auf einer Seite der Bahn der geladenen Teilchen. Es sind auch Typen von Vorrichtungen dieser Art

(15 bekannt, bei denen jede der beiden Elektroden des Ablenksystems eine wendeiförmige Wicklung aus einem nahezu elektrisch leitenden Band mit einem flachen Teil parallel zur Wickljngsachse ist. Dabei sind die

Wicklungen symmetrisch derart angeordnet, daß sich ihre flachen Teile einander gegenüber je auf einer Seite der Bahn der geladenen Teilchen erstrecken. Es ist z. B. eine derartige Vorrichtung bekannt, bei der jede der Wicklungen auf einen geerdeten bandförmigen Leiter gewickelt ist, ohne diesen zu berühren. Die bandförmigen Leiter befinden sich auf je einer Seite des abzulenkenden Strahls geladener Teilchen mit ihren breiten Seiten einander gegenüber.

Bei diesen bekannten Vorrichtungen können ziemlich hohe Frequenzen Anwendung finden. Dennoch kann dabei eine nicht vernachlässigbare Dispersion der Phasengeschwindigkeit auftreten.

Die Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung zur Ablenkung geladener Teilchen zu schaffen, die eine praktisch vernachlässigbare Dispersion der Phasengeschwindigkeit mit sich bringt und so eine zufriedenstellende Ablenkung von Elektronen für sehr hohe Frequenzen ermöglicht.

Bei einer Vorrichtung zur Ablenkung geladener Teilchen mit zwei Ablenkelektroden, deren eine aus einer wendeiförmigen Wicklung aus einem nahezu flachen elektrisch leitenden Band mit einem flachen Teil parallel zur Wicklungsachse besteht, ist nach der Erfindung die zweite Elektrode aus zwei Teilen, einem innerhalb der Wicklung angeordneten Innenteil und einem die Wicklung praktisch völlig umgebenden Außenteil ausgeführt, bei der die Wände dieser Teile koaxial zur Wicklung liegen und Querschnitte aufweisen, die die gleiche Form wie die Querschnitte der Wicklung haben.

Bei dieser Vorrichtung ist die Dispersion der Phasengeschwindigkeit gering, weil die zweite Elektrode derartig ist, daß sie weitgehend verhindert, daß sich die Kraftlinien des elektrischen Feldes langitudinal schließen. Wenn entweder der Innenteil oder der Außenteil der zweiten Elektrode fehlt, wie es bei den erwähnten bekannten Vorrichtungen der Fall ist, können sich die elektrischen Feldlinien leicht longitudinal schließen und erhebliche Abweichungen vom TEM-Modus aufweisen.

Die Wicklung hat vorzugsweise auf der ganzen Länge einen konstanten Abstand vom Innenteil und einen konstanten Abstand vom Außenteil der zweiten Elektrode, so daß sich ein Feld-Wellenwiderstand ergibt, der auf der ganzen Länge der Verzögerungeleitung konstant ist.

Die Abstände zwischen der Wicklung und den beiden Teilen der zweiten Elektrode sind vorzugsweise nicht größer als die Steigung der Wicklung, um zu gewährleisten, daß sich die elektrischen Feldlinien nahezu völlig transversal schließen. Größere Abstände bilden ein geringeres Hindernis für das longitudinale Schließen der elektrischen Feldlinien. Bei größeren Abständen kann somit eine größere Verzerrung von Signalen infolge der Dispersion der Phasengeschwindigkeit auftreten.

Das Vorhandensein eines dielektrischen Materials zwischen den Elektroden erhöht die Dispersion, weil dadurch die Geschwindigkeit der Wellen örtlich geändert wird. Deshalb sind die Elektroden vorzugsweise mit Hilfe einiger dünner isolierender Platten befestigt.

Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer j Ablenkvorrichtung der oben beschriebenen Art in einer Kathodenstrahlröhre mit einem Elektronenstrahlerzeugungssystem, bei der die Ablenkvorrichtung so in der Röhre angeordnet ist, daß sich die Elektronenstrahlbahn zwischen der Wicklung und dem Außenteil der zweiten Elektrode der Ablenkvorrichtung im wesentlichen parallel zur Achse der Wicklung an deren flachen Teil entlang erstreckt. Eine Kathodenstrahlröhre mit der beschriebenen Ablenkvorrichtung gestattet die Anwendung von Signalen mit sehr hohen Frequenzen. Die Kathodenstrahlröhre ist so gebaut, daß der Strahl entlang der flachen Teile der Elektroden verläuft. Diese Teile ermöglichen die Existenz eines gleichmäßigen elektrischen Querfelds an den flachen Oberflächen entlang, während die gekrümmten Teile eine geringe Störung des Felds herbeiführen. Es zeigt

ίο F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung nach der Erfindung,

F i g. 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 1,
F i g. 3 eine wendeiförmige Wicklung.

· Die Figuren zeigen eine als eine der Ablenkelektroden der Vorrichtung dienende wendeiförmige Wicklung 5 aus flachem elektrisch leitendem Band. Die zweite Elektrode der Vorrichtung besteht aus zwei Teilen, einem Innenteil 8 und einem Außenteil 1. Diese Teile sind elektrisch/niteinander verbunden, was in den Figuren nicht dargestellt ist.

Der Außenteil 1 der zweiten Elektrode ist ein Metallblock, der die Form eines Parallelepipeds hat. Es besteht aus zwei Teilen, die durch Schrauben 2 miteinander verbunden sind. Die sich berührenden Flächen dieser Teile sind mit Absätzen 3 versehen, um eine genaue Montage zu gewährleisten. Beide Teile des Blocks weisen Ausnehmungen auf, die einen Raum 4 bilden. Die Raumwand besteht aus zwei halben Kreiszylinderflächen, die durch zwei ebene Flächen miteinander verbunden sind. Die Querschnitte des imaginären Zylinders, auf den die Wicklung 5 gewickelt ist, haben die gleiche Form wie die Querschnitte des Raums 4, und die Wicklung 5 ist derart im Raum 4 angeordnet, daß sämtliche Punkte der Außenoberfläche der Wicklung 5 den gleichen Abstand von der Wand des Raums 4 aufweisen. Der Innenteil 8 der zweiten Elektrode besteht aus einem flachen Metallband. Die Querschnitte des Innenteils 8 besitzen die gleiche Form wie die Querschnitte des Raums 4, und der bandförmige Innenteil 8 ist derart innerhalb der Wicklung 5 angeordnet, daß sämtliche Punkte der Innenoberfläche der Wicklung 5 den gleichen Abstand vom Innenteil 8 der zweiten Elektrode aufweisen. Die Wicklung 5 und der Innenteil 8 der zweiten Elektrode werden mit Hilfe von drei dünnen Glimmerplatten 6 innerhalb des Raums 4 an der richtigen Stelle gehalten. Zwei dieser Platten befinden sich zwischen der Wicklung 5 und der Wand des Raums 4. Sie sind in Nuten 7 in der Wand des Raums 4 befestigt. Die dritte befindet sich zwischen der Wicklung 5 und dem Innenteil 8 der zweiten Elektrode. Die zwei Enden der Wicklung sind mit Kontakthülsen 9 verbunden, über die der Verzögerungsleitung Ablenksignale zugeführt werden können. Der elektrische Kreis kann durch seinen Wellenwiderstand abgeschlossen werden. Der Abstand zwischen der Wicklung 5 und dem Innenteil 8 der zweiten Elektrode beträgt 1,2 mm und der Abstand zwischen der Wicklung 5 und dem Außenteil 1 der zweiten Elektrode 1,8 mm. Die Steigung der Wicklung 5 beträgt 1,8 mm. Bie diesen Abständen ergibt sich ein Wellenwiderstand von 100 Ohm und eine praktisch vernachlässigbare Dispersion der Phasengeschwindigkeit. Die Bezugsziffer 10 der Fig.2 bezeichnet eine bevorzugte Lage der Bahn des Bündels geladener Teil-

6s chen. Diese Lage befindet sich zwischen den flachen Teilen der Elektroden. Aus dieser Lage sind die Glimmerplatten nicht sichtbar. Dieser Lage gerade gegenüber befindet sich auf der anderen Seite der Wick-

lung 5 zwischen dieser und dem Innenteil 8 der zweiten Elektrode eine nahezu gleich günstige Lage für den Elektronenstrahl.

Bei Kathodenstrahlröhren nach der Erfindung, die mit einer entsprechenden Ausführungsform der Vorrichtung versehen sind, sind das Elektronenstrahlerzeugungssystem und das Ablenksystem derart in der Röhre befestigt, daß die Elektronenstrahlbahn eine dieser Vorzugslagen einnimmt. Die Elektroden des Ablenksystems sind bei diesen Röhren vorzugsweise vergoldet, um eine Oxydation während der Herstellung der Röhren zu verhindern.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Ablenkung geladener Teilchen mit zwei Ablenkelektroden, deren eine aus einer wendeiförmigen Wicklung aus einem nahezu flachen elektrisch leitenden Band mit einem flachen Teil parallel zur Wicklungsachse besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode aus zwei Teilen besteht, und zwar einem innerhalb der Wicklung (5) angeordneten Innenteil (8) und einem die Wicklung (5) praktisch völlig umgebenden Außenteil (1), und bei der die Wände dieser Teile (1 und 8) koaxial zur Wicklung (5) liegen und Querschnitte aufweisen, die die gleiche Form wie die Querschnitte der Wicklung (5) haben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (5) auf ihrer ganzen Länge einen konstanten Abstand vom Innenteil (8) und einen konstanten Abstand vom Außenteil (1) der zweiten Elektrode hat.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände zwischen der Wicklung (5) und den beiden Teilen (1 und 8) der zweiten Elektrode nicht größer als die Steigung der Wicklung (5) sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (5 und 8) über dünne isolierende Platten (6) befestigt sind.

5. Verwendung einer Ablenkvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einer Kathodenstrahlröhre mit einem Elektronenstrahlerzeugungssystem dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkvorrichtung so in der Röhre angeordnet ist, daß die Elektronenstrahlbahn zwischen der Wicklung (5) und dem Außenteil (1) der zweiten Elektrode der Ablenkvorrichtung im wesentlichen parallel zur Achse der Wicklung (5) an deren flachem Teil entlang verläuft.