JP2007213814A - Microwave oscillation device - Google Patents

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力 滝沢
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microwave oscillation device suitable for cost reduction. <P>SOLUTION: The microwave oscillation device is composed of two magnetrons A, B of 1.5 KW and a power circuit composed of a rectifying and smoothing circuit constituted of a power transformer 23, an inverter 24, a diode 25, and a capacitor 26. Power is supplied to magnetrons A, B alternately from the power circuit, and microwave power of 3 KW is output by adding the microwave power output from the magnetron A and the microwave power output from the magnetron A. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、低廉化に適するマイクロ波発振装置に関する。   The present invention relates to a microwave oscillation device suitable for cost reduction.

マイクロ波応用装置のマイクロ波発振源としてマグネトロンが利用されている。
広く知られているように、マグネトロンは、直交電磁界形の一種の熱陰極2極管である。
A magnetron is used as a microwave oscillation source of a microwave application apparatus.
As is widely known, a magnetron is a kind of orthogonal electromagnetic field type hot cathode bipolar tube.

具体的には、陰極であるフイラメントを熱して電子を放出させ、この電子が空洞共振部となっている陰極に向かって進む間に磁界の力によって回転力を受け、空洞共振部に電子の共振現象が起こり、この電子の共振現象によって生ずるエネルギ−がマイクロ波電力として出力する。   Specifically, the filament, which is the cathode, is heated to emit electrons, and while the electrons travel toward the cathode, which is the cavity resonance part, a rotational force is received by the force of the magnetic field, and the resonance of the electrons occurs in the cavity resonance part. A phenomenon occurs, and energy generated by the resonance phenomenon of the electrons is output as microwave power.

図7は、マグネトロンからマイクロ波電力を出力させるマイクロ波発振装置の回路例を示す。
図示するように、このマイクロ波発振装置は、商用電源11の交流電圧を高電圧に昇圧する昇圧トランス12と、商用電源電圧を入力した低電圧を出力する低電圧トランス13とを備えている。
FIG. 7 shows a circuit example of a microwave oscillator that outputs microwave power from a magnetron.
As shown in the figure, this microwave oscillation device includes a step-up transformer 12 that boosts the AC voltage of the commercial power supply 11 to a high voltage, and a low-voltage transformer 13 that outputs a low voltage when the commercial power supply voltage is input.

そして、昇圧トランス12より出力する高電圧が整流器14により整流され、整流された負電圧がマグネトロン15の陽極と陰極(フイラメント)に印加される。
また、低電圧トランス13から出力される低電圧の交流電圧がフイラメントに印加され、フイラメントが加熱される。
The high voltage output from the step-up transformer 12 is rectified by the rectifier 14, and the rectified negative voltage is applied to the anode and cathode (filament) of the magnetron 15.
Moreover, the low voltage alternating voltage output from the low voltage transformer 13 is applied to the filament, and the filament is heated.

上記したマイクロ波発振装置は、既に述べたように、マグネトロン15のフイラメントから放出した電子の共振現象によって生ずるエネルギ−がマイクロ波電力として出力される。
ただし、マイクロ波電力は、図8に示した斜線部分P1,P2、P3・・・・・・・の如く、所定レベルVr以上の陽極電圧Vが加わることによって発生する。
なお、マイクロ波電力が図示するP1、P2、P3・・・・・の如く発生するのは、電子を電流と磁界とで運動させるために所定レベルVr以上の陽極電圧Vが必要となるためである。
As described above, the above-described microwave oscillator outputs energy generated by the resonance phenomenon of electrons emitted from the filament of the magnetron 15 as microwave power.
However, the microwave power is generated when an anode voltage V of a predetermined level Vr or higher is applied as indicated by hatched portions P1, P2, P3,... Shown in FIG.
Note that the microwave power is generated as shown in P1, P2, P3,... Because an anode voltage V of a predetermined level Vr or higher is required to move electrons by current and magnetic field. is there.

図9は他の従来例として示したマイクロ波発振装置の回路図である。
このマイクロ波発振装置は、インバ−タ16の出力電圧によってマグネトロン15の陽極電圧を印加する構成となっている。
上記のインバ−タ16は、商用電源11より入力した交流電圧を一旦直流電圧に変換した後、その直流電圧を高周波の高電圧に変換して出力する。
FIG. 9 is a circuit diagram of a microwave oscillator shown as another conventional example.
This microwave oscillating device is configured to apply the anode voltage of the magnetron 15 by the output voltage of the inverter 16.
The inverter 16 once converts the AC voltage input from the commercial power supply 11 into a DC voltage, then converts the DC voltage into a high-frequency high voltage and outputs it.

そして、インバ−タ16より出力する高周波電圧が整流器14によって半波整流され、その整流電圧がマグネトロン15の陽極と陰極とに印加される構成となっている。
なお、マイクロ波電力の出力動作は図8のマイクロ波発振装置と同様となる。
The high-frequency voltage output from the inverter 16 is half-wave rectified by the rectifier 14, and the rectified voltage is applied to the anode and cathode of the magnetron 15.
Note that the output operation of the microwave power is the same as that of the microwave oscillator of FIG.

特開平5−129076号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-129076 特開2003−163073号公報JP 2003-163073 A

マイクロ波発振用のマグネトロンには大小様々な電力量のものがあり、家庭で使用するレンジ用として、例えば、800Wのマグネトロンが備えられており、工業用のマイクロ波発振装置には、1KW〜6KW程度のものが備えられている。   There are various types of magnetrons for microwave oscillation with large and small amounts of electric power. For a range to be used at home, for example, an 800 W magnetron is provided, and an industrial microwave oscillation device has 1 KW to 6 KW. Something is provided.

一方、マグネトロンの価格は、大型になるに連れて大幅にアップする。
例えば、800Wのマグネトロンは、1,000円程度であるが、工業用のものでは、1.5KWのマグネトロンは20,000円、3KWのマグネトロンは80,000円、5KWのマグネトロンは200,000円と言うように高価となる。
On the other hand, the price of magnetron will increase significantly as it becomes larger.
For example, an 800W magnetron is about 1,000 yen, but for industrial use, a 1.5KW magnetron is 20,000 yen, a 3KW magnetron is 80,000 yen, and a 5KW magnetron is 200,000 yen. It will be expensive.

さらに、マグネトロンは寿命があるために、連続運転するような工業用マイクロ波発振装置のマグネトロンについては、定期的に交換することが行なわれ、その上、複数のマイクロ波発振装置を備える加熱装置などは同時に複数のマグネトロンを交換することになることから、マグネトロン費用が高価となると言う問題があった。   Furthermore, since the magnetron has a lifetime, the magnetron of the industrial microwave oscillation device that is continuously operated is periodically replaced, and in addition, a heating device including a plurality of microwave oscillation devices, etc. Since a plurality of magnetrons are exchanged at the same time, there is a problem that the magnetron cost becomes expensive.

そこで、本発明では、マグネトロンにかかる費用を可能なるかぎり少なくし、経済的に有利なマイクロ波発振装置を提案することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to propose an economically advantageous microwave oscillation device that reduces the cost of a magnetron as much as possible.

上記した目的を達成するため、本発明では、所定の出力値のマイクロ波電力を出力させるマイクロ波発振装置において、上記した所定の出力値以下のマイクロ波電力を出力する複数のマグネトロンを備え、各々のマグネトロンの出力を加算させて上記した所定の出力値のマイクロ波電力を得る構成としたことを特徴とするマイクロ波発振装置を提案する。   In order to achieve the above-described object, in the present invention, in a microwave oscillation device that outputs microwave power having a predetermined output value, the microwave oscillator includes a plurality of magnetrons that output microwave power equal to or less than the predetermined output value, A microwave oscillating device characterized in that the microwave power of the predetermined output value described above is obtained by adding the outputs of the magnetrons is proposed.

上記した本発明は、複数のマグネトロンを一つの電源回路で給電する構成とすることができる。   The present invention described above can be configured to supply power to a plurality of magnetrons with a single power supply circuit.

本発明によれば、所定の出力値のマイクロ波発振装置を構成する場合、所定の出力値以下の複数のマグネトロンを備え、これらマグネトロンの各出力を加算して出力させる。
このようにすれば、複数の小型のマグネトロンを用意すればよく、経済的に有利なマイクロ波発振装置となる。
According to the present invention, when a microwave oscillation device having a predetermined output value is configured, a plurality of magnetrons having a predetermined output value or less are provided, and the outputs of these magnetrons are added and output.
In this way, a plurality of small magnetrons may be prepared, and an economically advantageous microwave oscillation device is obtained.

具体的には、3KW出力のマイクロ波発振装置を構成する場合は、1.5KW出力のマグネトロンを2個備え、これら2つのマグネトロンの出力を加算して出力させる。
このように構成すれば、例えば、2個のマグネトロンの価格が20,000円×2=40,000円となる。ちなみに、3KWのマグネトロンの価格を80,000円とすれば、マグネトロン費用が半額となるマイクロ波発振装置となる。
Specifically, when configuring a 3 KW output microwave oscillator, two 1.5 KW output magnetrons are provided, and the outputs of these two magnetrons are added and output.
If comprised in this way, the price of two magnetrons will be set to 20,000 yen x 2 = 40,000 yen, for example. By the way, if the price of a 3KW magnetron is set at 80,000 yen, it becomes a microwave oscillating device in which the magnetron cost is halved.

また、本発明では、1KWのマグネトロンを3個備えて3KW出力、1KWのマグネトロンを5個備えて5KW出力のマイクロ波発振装置として構成するなど、用意するマグネトロンの数は適宜定めることができる他、複数のマグネトロンについては共通の一つの電源回路によって給電する構成とすることもできる。   In addition, in the present invention, the number of magnetrons to be prepared can be determined as appropriate, including three 1 KW magnetrons, 3 KW output and 5 KW magnetrons configured as a 5 KW output microwave oscillator. A plurality of magnetrons may be configured to be fed by a single common power supply circuit.

次に、本発明の実施形態について図面に沿って説明する。
図1は本発明の第1実施形態として示したマイクロ波発振装置の回路図である。
本実施形態は1.5KW出力の2個のマグネトロンA、Bを設け、これらマグネトロンA、Bの出力を加算して3KWのマイクロ波を出力させるマイクロ波発振装置となっている。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit diagram of the microwave oscillator shown as the first embodiment of the present invention.
In this embodiment, two magnetrons A and B with 1.5 KW output are provided, and the output of the magnetrons A and B is added to output a 3 KW microwave.

そして、上記のマグネトロンA、Bは、商用電源11より交流電圧を入力して高電圧を出力する電源トランス23と、インバ−タ24と、ダイオ−ド25及びコンデンサ26からなる整流平滑回路とからなる一つの電源回路によって給電される構成としてある。   The magnetrons A and B include a power transformer 23 that receives an AC voltage from the commercial power supply 11 and outputs a high voltage, an inverter 24, and a rectifying / smoothing circuit that includes a diode 25 and a capacitor 26. The power is supplied by one power supply circuit.

電源トランス23は、入力コイル23Pと出力コイル23Sの他に、マグネトロンA、Bのフイラメントに接続した2つの低電圧出力コイル23FA、23FBを備えている。   The power transformer 23 includes two low voltage output coils 23FA and 23FB connected to the magnetrons A and B in addition to the input coil 23P and the output coil 23S.

そして、出力コイル23Sは、直列接続した2つの出力コイル部23SA、23SBとより形成し、それらの直列接続部Qにはインバ−タ24より高電圧を印加し、また、出力コイル部23SA、23SBの出力端部がマグネトロンA、Bのフイラメントに接続してある。   The output coil 23S is formed by two output coil portions 23SA and 23SB connected in series, and a high voltage is applied to the series connection portion Q from the inverter 24, and the output coil portions 23SA and 23SB are applied. Are connected to the magnetron A and B filaments.

インバ−タ24は、商用電源11から入力した交流電圧を一旦直流電圧に変換した後に、この直流電圧を高周波の高電圧に変換して出力する。   The inverter 24 once converts the AC voltage input from the commercial power supply 11 into a DC voltage, and then converts the DC voltage into a high frequency high voltage and outputs it.

そして、インバ−タ24より出力される高電圧は、ダイオ−ド25とコンデンサ26によって整流平滑され、ほぼ定電圧化された高電圧がマグネトロンA、Bの陽極と陰極間に印加される。   The high voltage output from the inverter 24 is rectified and smoothed by the diode 25 and the capacitor 26, and the substantially constant high voltage is applied between the anodes and cathodes of the magnetrons A and B.

上記のように構成したマイクロ波発振装置は、電源トランス23が備える低電圧出力コイル23FA、23FBの出力電圧によってマグネトロンA、Bのフイラメントが給電されると共に、出力コイル23Sに発生する出力電圧によってマグネトロンA、Bの陽極と陰極とが給電される。   The microwave oscillating device configured as described above is supplied with the magnetrons A and B by the output voltage of the low voltage output coils 23FA and 23FB included in the power transformer 23, and the magnetron by the output voltage generated in the output coil 23S. A and B anodes and cathodes are fed.

また、電源トランス23は、入力する商用交流電圧にしたがって図示する実線向きの出力電圧VAと図示点線向きの出力電圧VBとを出力することから、出力電圧VAがマグネトロンAの陽極と陰極間とに印加され、出力電圧VBがマグネトロンBに印加される。   Further, since the power transformer 23 outputs the output voltage VA directed to the solid line and the output voltage VB directed to the dotted line in accordance with the input commercial AC voltage, the output voltage VA is applied between the anode and the cathode of the magnetron A. The output voltage VB is applied to the magnetron B.

したがって、マグネトロンAとマグネトロンBとには位相が180°ずれた出力電圧VAとVBとが印加されることから、これらマグネトロンA、Bは図2に示すところのマイクロ波電力PA、PBとを出力する。
なお、Vは接続部Qの電位、VrAはマグネトロンAがマイクロ波電力を出力する所定レベル、VrBはマグネトロンBがマイクロ波電力を出力する所定レベルである。
Therefore, since the output voltages VA and VB whose phases are shifted by 180 ° are applied to the magnetron A and the magnetron B, the magnetrons A and B output the microwave powers PA and PB shown in FIG. To do.
V Q is the potential of the connection portion Q, V rA is a predetermined level at which the magnetron A outputs microwave power, and V rB is a predetermined level at which the magnetron B outputs microwave power.

図3は、上記したマイクロ波発振装置のマグネトロンA、Bを設けた高周波結合器を示す。
この高周波結合器は、T字型のランチャ−導波管27とテ−パ−導波管28とから形成してあり、ランチャ−導波管27の一方の腕部27aにマグネトロンAを、他方の腕部27bにマグネトロンBを取付けてある。
FIG. 3 shows a high frequency coupler provided with magnetrons A and B of the above-described microwave oscillator.
This high-frequency coupler is formed of a T-shaped launcher waveguide 27 and a taper waveguide 28. The magnetron A is provided on one arm portion 27a of the launcher waveguide 27, and the other is provided on the other side. A magnetron B is attached to the arm portion 27b.

この高周波結合器では、各々1.5KWのマグネトロンA、Bから出力するマイクロ波電力がランチャ−導波管27で加算された後、テ−パ−導波管28を介して3KWのマイクロ波電力が伝送される。   In this high-frequency coupler, the microwave powers output from the magnetrons A and B of 1.5 KW are added by the launcher waveguide 27, and then the microwave power of 3 KW is passed through the taper waveguide 28. Is transmitted.

図4は第2実施形態として示したマイクロ波発振装置の回路図である。
本実施形態では、マグネトロンA、Bの陽極電圧を切換スイッチ29によって切換える構成としたことに特徴があり、その他は図1に示すマイクロ波発振装置と同じ構成となっている。
FIG. 4 is a circuit diagram of the microwave oscillator shown as the second embodiment.
The present embodiment is characterized in that the anode voltages of the magnetrons A and B are switched by the changeover switch 29, and the other configuration is the same as that of the microwave oscillation device shown in FIG.

なお、切換スイッチ29はタイミング回路30によって切換制御する構成としてあるが、切換えるタイミングについては任意に設定することができる。
また、切換スイッチ29は、機械的なスイッチ、電気的なスイッチの他に、電磁的なスイッチとして構成することができる。
Note that the changeover switch 29 is controlled to be changed over by the timing circuit 30, but the changeover timing can be arbitrarily set.
The changeover switch 29 can be configured as an electromagnetic switch in addition to a mechanical switch and an electrical switch.

このように構成したマイクロ波発振装置は、切換スイッチ29がスイッチ端子aに投入されれば、マグネトロンAの陽極、陰極間に高電圧VHが整流平滑回路を介して印加され、切換スイッチ29がスイッチ端子bに投入されれば、マグネトロンBの陽極、陰極間に高電圧VHが整流平滑回路を介して印加される。   In the microwave oscillation device configured as described above, when the changeover switch 29 is input to the switch terminal a, the high voltage VH is applied between the anode and the cathode of the magnetron A via the rectifying and smoothing circuit, and the changeover switch 29 is When applied to the terminal b, the high voltage VH is applied between the anode and the cathode of the magnetron B through the rectifying and smoothing circuit.

したがって、これらマグネトロンA、Bが交互にマイクロ波電力を出力するから、このマイクロ波発振装置によって、マグネトロンA(出力1.5KW)のマイクロ波電力とマグネトロンB(出力1.5KW)のマイクロ波電力とを加算した3KWのマイクロ波電力を出力する。   Therefore, since these magnetrons A and B alternately output the microwave power, the microwave power of the magnetron A (output 1.5 kW) and the microwave power of the magnetron B (output 1.5 kW) are output by this microwave oscillator. And 3KW microwave power is output.

図5は第3実施形態として示したマイクロ波発振装置の回路図である。
本実施形態は、3相交流回線の各々の回線U、V、Wに低電圧出力トランス31U、31V、31Wを設け、これらトランス31U、31V、31Wの出力電圧によって3つのマグネトロン32A、32B、32Cのフイラメントを給電する構成とし、さらに、マグネトロン32A、32B、32Cの陽極、陰極間にはインバ−タ33の出力電圧VHを整流平滑して印加する構成としてある。
FIG. 5 is a circuit diagram of the microwave oscillator shown as the third embodiment.
In the present embodiment, low voltage output transformers 31U, 31V, and 31W are provided in the lines U, V, and W of the three-phase AC lines, and three magnetrons 32A, 32B, and 32C are provided by the output voltages of these transformers 31U, 31V, and 31W. And the output voltage VH of the inverter 33 is rectified and smoothed between the anodes and the cathodes of the magnetrons 32A, 32B, and 32C.

また、インバ−タ33は上記した各実施形態のインバ−タ24と同様のものであり、ダイオ−ド34、35、36とコンデンサ37は整流平滑回路を構成している。   The inverter 33 is the same as the inverter 24 of each of the above-described embodiments, and the diodes 34, 35, 36 and the capacitor 37 constitute a rectifying / smoothing circuit.

なお、本実施形態のマイクロ波発振装置は、1KW出力のマグネトロンを3個用意し、3KW出力のマイクロ波発振装置となっている。   Note that the microwave oscillating device of the present embodiment is a microwave oscillating device having 3 KW output by preparing three 1 KW output magnetrons.

本実施形態のマイクロ波発振装置は、低電圧出力トランス31U、31V、31Wが120°の位相差をもってマグネトロン各々のフイラメントを給電して加熱するため、マグネトロン32A、32B、32Cから図6に示したように120°の位相差をもってマイクロ波電力PA、PB、PCが出力する。
したがって、これらマイクロ波出力PA、PB、PCが加算されて3KW出力のマイクロ波電力を得ることができる。
In the microwave oscillation device of the present embodiment, the low voltage output transformers 31U, 31V, and 31W feed and heat each of the magnetron filaments with a phase difference of 120 °, so that the magnetrons 32A, 32B, and 32C are shown in FIG. Thus, the microwave powers PA, PB, and PC are output with a phase difference of 120 °.
Therefore, these microwave outputs PA, PB, and PC can be added to obtain 3 KW output microwave power.

上記した通り、本発明では小型のマグネトロン複数個用意し、マグネトロン各々のマイクロ波出力を加算して必要となる大きさのマイクロ波電力を得る構成としたので、価格の安いマグネトロンの使用が可能になり、経済的に有利なマイクロ波発振装置となる。   As described above, in the present invention, a plurality of small magnetrons are prepared, and the microwave power of each magnetron is added to obtain a required amount of microwave power, so that a cheap magnetron can be used. Thus, an economically advantageous microwave oscillation device is obtained.

さらに、複数のマグネトロンを一つの電源回路によって給電する構成とすれば、マイクロ波発振装置の低廉化にさらに有利となる。   Furthermore, if the configuration is such that a plurality of magnetrons are fed by a single power supply circuit, it will be further advantageous in reducing the cost of the microwave oscillator.

その他、第3実施形態(図5)の場合、一つのマグネトロンが故障しても他の2つのマグネトロンが正常に動作するので、運転を続行することができるなどの利点がある。   In addition, in the case of the third embodiment (FIG. 5), there is an advantage that the operation can be continued because the other two magnetrons operate normally even if one magnetron fails.

なお、本発明を実施する場合は、出力の同じマグネトロンの組合せに限らず、例えば、1KW出力のものと2KW出力のものとを組合せて3KW出力のマイクロ波発振装置とすることもできる。   When implementing the present invention, not only a combination of magnetrons having the same output, but also a microwave oscillator having a 3 KW output can be obtained by combining a 1 KW output and a 2 KW output.

マイクロ波を利用した加熱装置やマイクロ波を利用したプラズマ発生装置などに備えるマイクロ波発振装置として適用することができる。   The present invention can be applied as a microwave oscillating device provided in a heating device using a microwave or a plasma generator using a microwave.

第1実施形態として示したマイクロ波発振装置の回路図である。It is a circuit diagram of the microwave oscillation device shown as a 1st embodiment. 上記した第1実施形態として示したマイクロ波発振装置のマイクロ波出力状態を表わした波形図である。It is a wave form diagram showing the microwave output state of the microwave oscillating device shown as an above-mentioned 1st embodiment. 上記した第1実施形態として示したマイクロ波発振装置に備える2つのマグネトロンの取付け構造を示す部分図である。It is a fragmentary figure which shows the attachment structure of two magnetrons with which the microwave oscillation device shown as said 1st Embodiment is equipped. 第2実施形態として示したマイクロ波発振装置の回路図である。It is a circuit diagram of the microwave oscillating device shown as a 2nd embodiment. 第3実施形態として示したマイクロ波発振装置の回路図である。It is a circuit diagram of the microwave oscillating device shown as a 3rd embodiment. 上記した第3実施形態として示したマイクロ波発振装置のマイクロ波出力状態を表わした波形図である。It is a wave form diagram showing a microwave output state of a microwave oscillating device shown as an above-mentioned 3rd embodiment. 従来例として示したマイクロ波発振装置の回路図である。It is a circuit diagram of a microwave oscillation device shown as a conventional example. 上記した従来例として示したマイクロ波発振装置のマイクロ波出力状態を表わした波形図である。It is a wave form diagram showing the microwave output state of the microwave oscillator shown as an above-mentioned conventional example. 他の従来例として示したマイクロ波発振装置の回路図である。It is a circuit diagram of a microwave oscillation device shown as another conventional example.

符号の説明Explanation of symbols

A、B マグネトロン
23 電源トランス
23FA、23FB 低電圧出力コイル
24 インバ−タ
29 切換スイッチ
30 タイミング回路
31U、31V、31W 低電圧出力トランス
33、37 インバ−タ
A, B Magnetron 23 Power transformer 23FA, 23FB Low voltage output coil 24 Inverter 29 selector switch 30 Timing circuit 31U, 31V, 31W Low voltage output transformer 33, 37 Inverter

Claims (2)

所定の出力値のマイクロ波電力を出力させるマイクロ波発振装置において、
上記した所定の出力値以下のマイクロ波電力を出力する複数のマグネトロンを備え、
各々のマグネトロンの出力を加算させて上記した所定の出力値のマイクロ波電力を得る構成としたことを特徴とするマイクロ波発振装置。
In a microwave oscillator that outputs microwave power of a predetermined output value,
Provided with a plurality of magnetrons that output microwave power below the predetermined output value,
A microwave oscillation device characterized in that the output of each magnetron is added to obtain the above-described microwave power having a predetermined output value.
請求項1に記載したマイクロ波発振装置において、
複数のマグネトロンを一つの電源回路で給電する構成としたことを特徴とするマイクロ波発振装置。
















In the microwave oscillation device according to claim 1,
A microwave oscillation device characterized in that a plurality of magnetrons are fed by a single power supply circuit.
















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