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Verfahren zum Aussondern von Elektronen bestimmter Phase aus einem
Elektronenstrahl Es ist zuweilen erforderlich, aus einem Elektronenstrahl diejenigen
Elektronen auszusondern, deren Durchgangszeit durch eine bestimmte Ebene in der
richtigen Beziehung zur Phase einer hochfrequenten Schwingung steht. In manchen
Fällen, beispielsweise wenn die durchgelassenen Elektronen mit Hilfe hochfrequenzgespeicter
Linsen zur elektronenoptischen Abbildung ausgenutzt werden sollen, ist es wichtig,
daß die Geschwindigkeiten der durchgelassenen Elektronen durch den Aussonderungsvorgang
nicht verändert werden. Die bisher bekannten Anordnungen zur Aussonderung von Elektronen
erfüllen diese Bedingung bei hohen Frequenzen (io9 bis soll Hz) nicht. Steuergitter,
Wehneltzylinder und ähnliche Systeme machen nämlich durch die unvermeidliche, rasch
veränderliche Längskomponente ihres Feldes den durchgelassenen Elektronenstrahl
geschwindigkeitsinhomogen. Die seitliche Ablenkung eines Elektronenstrahls bewirkt
bei ebenen Ablenkplatten eine zwar geringere, aber in vielen Fällen doch noch störende
Bewegung der Elektronen in Richtung der Feldlinien und damit eine Geschwindigkeitsänderung,
wie in Fig. i, in der i den Elektronenstrahl, 2 die Ablenkplatten und 3 die Öffnung
der Blende bezeichnet, schematisch dargestellt ist. Die Bewegung in Richtung der
Feldlinien läßt sich für den durch die Öffnung der Blende fallenden Strahl durch
geeignete Formgebung der Ablenkplatten 4, wie in Fig. 2 angedeutet ist, vermeiden.
Es bleibt dann aber immer noch der Nachteil, daß für den Durchgang des Strahls durch
das Ablenksystem nur eine Halb-
Periode der Hochfrequenz, also nur
recht kurze Zeit zur Verfügung steht, so daß eine starke Beeinflussung des Strahls
nur bei Verwendung sehr starker Felder möglich ist.
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Diese Nachteile werden bei dem Verfahren zum Ausblenden von Elektronen
einer bestimmten Phase aus einem Elektronenstrahl durch Ablenken des Strahls über
eine Blendenöffnung dadurch vermieden, daß die Ablenkung durch elektromagnetische
Wellen bewirkt wird, die etwa in gleicher Richtung und mit der Geschwindigkeit der
Strahlelektronen fortschreiten. Besonders zweckmäßig ist es hierbei, vorzugsweise
einstellbare, Mittel zur Beeinflussung der Geschwindigkeit der Wellen in dem für
die Ablenkung maßgebenden Teil ihres Weges vorzusehen. Zur Führung der Wellen wird
man in der Regel Ablenkleitungen benutzen, die sich etwa parallel zum nicht abgelenkten
Strahl erstrecken. Das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch auch mit anderen Mitteln
durchgeführt werden, wenn sie geeignet sind, sicherzustellen, daß sich die Wellen
in der Richtung und mit der Geschwindigkeit der Strahlelektronen in dem der Ablenkung
dienenden Teil ihres Weges bewegen.
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Die Fig. 3 bis io zeigen in zum Teil schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele
von Einrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei der Anordnung
nach Fig. 3 verläuft der unabgelenkte Elektronenstrahl 1 in der :litte zwischen
zwei Leitern 5, einer symmetrischen, beispielsweise durch einen Widerstand 6 abzuschließenden
Doppelleitung. Beim Fortschreiten einer Welle längs dieser Leitung werden nur die
Elektronen nicht beeinflußt, die sich während des gesamten Weges in einem Spannungsknoten
befinden; alle anderen Elektronen werden jedoch abgelenkt und gehen daher nicht
durch die Öffnung 3 der Blende.
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An Stelle einer Doppelleitung wird bei dem Ausführungsbeispiel nach
Fig. ,4 eine einadrige Leitung verwendet, bei der der Strahl zwischen dein Mantel
7 und dem Innenleiter 8 verläuft. Bei sehr kurzen Wellen lassen sich auch Hohlrohre
ohne Innenleiter verwenden. Die zur Herabsetzung der WellengeschNvindigkeit erforderliche
Belastung der Leitung kann auf sehr verschiedene Weise erfolgen. Eine kapazitive
Belastung kann man beispielsweise, wie in den Fig. 5 und 6 angedeutet ist, durch
Ansätze 9
auf der dein Strahl abgewandten Seite des Innenleiters 8 erzielen.
Zu dem gleichen Zweck kann mau auch, wie in Fig.7 schematisch gezeigt ist, ein dielektrisches
Zwischenmaterial io vorsehen. Diese Anordnung weist zudem den Vorteil auf, daß bei
ihr das Feld homogener ist. Eine induktive Belastung erreicht man durch wendelförmige
Ausbildung des Leiters bzw. der Leiter, wie Fig. 8 zeigt, oder durch Einschneiden
eines Gewindes. Solche Anordnungen haben gegenüber den vorgenannten den Vorteil,
daß sie einen höheren Wellenwiderstand aufweisen und daher bei gleicher Spannung
einer geringeren Leistung bedürfen.
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Damit der Strahl nicht zweimal während jeder Periode der Hochfrequenzspannung
die Öffnung 3 der Blende überstreicht, kann man durch entsprechende Ausbildung der
Leitnah, z. 13'. Verdrehen an ihren Enden, oder durch Anbringen geeigneter Ansätze
11 an die Leiter, wie Fig. 9 zeigt. dafür Sorge tragen, daß der Strahl auch
eine kleine Alllenkung in Querrichtung in geeigneter Phasenlage erhält, so daß der
Strahl auf (lern Schirm eine schmale Ellipse 12 beschreibt, auf der die Öffnung
3 der Blende liegt. Die richtige I-iastellung der 1?llipse wird sehr erleichtert,
wenn die Blende auf ihrer dem Strahl zugekehrten Seite mit Leticlitsul)stanz versehen
ist.
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Um nur fortschreitende Wellen auf der Ablenkleitung zu erzeugen, kann
man die Leitung am I?nde mit ihrem Wellenwiderstand abschließen oder das ablenkende
Leitungsstück in die zu einem geeigneten Verbraucher führende Leitung einsetzen.
lZücklaufende Wellen auf der Ahlenkleitung heben den gewünschten Ablenkeftekt nicht
auf, da sich ihr Einfluß auf die Elektronen zeitlich herausmittelt. l11 manchen
Fällen kann sogar noch iai Grenzfall stehender Wellen mit Erfolg gearbeitet werden.
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Wird der für den Strahl passierbare Raum durch mehrere Blenden eingeengt
oder auf der ganzen Länge eng gehalten, so kiinnen die beschriebenen Anordnungen
aticli zur (,e@cliwin<ligkeitsliomogenisierung des Strahls verwendet werden,
weil die Elektronen mit anderer Geschwindigkeit als der Wellengeschwindigkeit sich
nicht. (lauernd 1111 Knoten der mit ihnen laufenden \1'elle halten l:<üiiien
und deshalb aus dem Strahl herausgezogen werden.
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Um die Intensität des von der 131ende durchgelassenen Elektronenstrahls
zu erliiilien, kann vor dem ablenkenden Svstein eine I@.lekti-oiiealiiise angebracht
werden, die in der bei Oszillographen üblichen Weise die Kathode oder eine geeignete
Blende auf den Schirm abbildet.
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l,'itie weitere Erhcihting der Intensit:it kann man erreichen, wenn
man vor dein :\blenkungssvsteni, wie in Fig. io schematisch dargestellt ist, zwei
Phasenlinsen 15 und if) vorsieht, die die atis der Kathode austretenden Elektronen
nach (lein Durchlaufen einer Beschleunigungs- und Fokussierungseinrichtung 1.1 beeinflussen.
Durch die erste Phasenlinse 15 wird der ursprünglich geschwindigkeitshomogene F.lektrcnienstrabl
1 (ladiirch inhomogen gemacht, daß die Elektronen periodisch zu hintereinander herlaufenden
Gruppen größerer Dichte zusammengedrängt werden. Die zweite Phasenlinse 16, die
in der N älie des Phasenbrennpunktes der ersten angeordnet ist, stellt die Geschwindigkeitshomogenität
soweit möglich wieder her. Die etwa verbleibende Inhotnogenität ist belanglos, denn
die Phase der Welle auf dem ablenkenden Leitungsstück kann so gewählt Nverden, daß
nur der gut geschwindigkeitslioniogene Mittelteil der einzelnen Elektronengruppen
durchgelassen wird, während die inhomogenen Vor- und Nachläufer abgefangen werden.
Auf diese Weise liißt sich der durch die Aussortierung bedingte Intensitätsverlust
erheblich vermindern. Es empfiehlt sich, zur Aussonderung in falscher Richtung verlaufender
Elektronen und zur Intensitätssteigerung Hinter der
zweiten Phasenlinse
16 eine Zwischenlinse 17 und Mittel zur Richtungsfokussierung 18 vorzusehen.