KR101587251B1 - 입사각에 독립적인 주파수 선택적 전자파 흡수장치 및 그 제조방법 - Google Patents

입사각에 독립적인 주파수 선택적 전자파 흡수장치 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 입사각에 무관한 주파수 선택 특성을 가지는 입사각에 독립적인 주파수 선택적 전자파 흡수 장치 및 그 제작 방법에 관한 것으로,
상기 주파수 선택적 전자파 흡수 장치는, 유전체층; 상기 유전체층의 일 측면에 형성되어 상기 유전체층으로 유입된 전자파를 역위상을 가지도록 반사시키는 저항성 재질의 접지층; 및 상기 유전체층의 접지층이 형성된 반대 측면에 형성되어 특정 주파수의 전자파를 위상 반전시켜 반사하도록 주파수 선택적 전자파 흡수를 위한 도전체 패턴으로 형성되는 패턴층;을 포함하고, 상기 패턴층은, 정방형의 폐곡선을 형성하는 그리드패턴과, 상기 그리드패턴을 형성하는 각각의 모서리 중심에서 일정 면적을 형성하며 상기 그리드패턴이 형성하는 정방형의 중심으로 돌출 형성되는 반사패턴을 포함하는 단위셀들이 격자상으로 주기적으로 배치 구성되어,
투명한 기판 상에 주파수 선택 구조의 투명한 도전체 패턴을 형성하여 특정 주파수 전자파를 선택적으로 흡수할 수 있도록 하는 것에 의해, 휴대폰 등의 무선 통신 시스템에서의 혼신이나 잡음을 해소하고, 건축물, 차량 또는 항공기 등에 내부의 통신 및 전자 부품에 대한 전자파 영향을 최소화시키고, 주파수 선택적 전자파 흡수를 위한 도전체 패턴의 구조를 간소화시키는 것에 의해, 주파수 선택적 전자파 흡수 장치의 제작을 현저히 용이하게 하는 효과를 제공한다.

Description

입사각에 독립적인 주파수 선택적 전자파 흡수장치 및 그 제조방법{DEVICE FOR ABSORBING FREQUENCY SELECTIVE WAVE INDEPENDENT OF THE ANGLE OF INCIDENCE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 전자파 흡수장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 입사각에 무관하게 특정 주파수의 전자파를 선택적으로 흡수하여 차단할 수 있도록 하는 입사각에 독립적인 주파수 선택적 전자파 흡수장치 및 그 제작 방법에 관한 것이다.
최근 들어 주파수 선택구조(FSS, Frequency Selective Surface)를 가지는 주파수 선택장치는 단위 셀로 선택한 구조의 기하학적인 모양뿐만 아니라, 단위 셀의 배열 형태 및 주기, 그리고 사용된 유전체 및 도체의 재질 특성 등에 따라 주파수 응답특성의 변화가 심하여, 사용자가 원하는 주파수 특성을 정확하게 얻기 위한 여러 가지 방법들이 연구되고 제안되어 왔다.
일반적으로, 주파수 선택구조란 사용자가 원하는 주파수를 선택적으로 통과 혹은 차단시킬 수 있도록 인공적으로 제작된 곡면 또는 평면의 3차원적 표면(surface)을 의미한다.
또한, 특정 주파수 대의 전자파를 흡수하는 기술의 요구는 휴대 전화기, 무선 LAN 및 ITS(Intelligent Transport Systems) 등의 무선 통신 시스템의 발달에 의해, 통신 정보의 보호, 혼신 , 통신오류의 방지 등을 위하여, 상술한 주파수 선택구조를 적용하여 특정 주파수대의 전자파를 흡수하여 차폐하는 주파수 선택적 전자파 흡수 기술 또한 개발되고 있다.
본 발명과 관련된 기술 중 주파수 선택구조를 가지는 선행기술문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-2006-0118813호가 있으며, 상기 선행기술문헌에는 공간 필터 설계 방법에 있어서, 주파수 선택구조(FSS, Frequency Selective Surface)의 단위 셀 구성 시, 사각형 모양 루프를 꼬불꼬불하게 적어도 한번 구부려, 꼬불꼬불하게 꺾인 사각형 모양 루프의 길이를 조정하는 단위 셀 구성 단계; 및 상기 FSS를 기하학적으로 동일한 단위 구조들의 배열(단위 셀 배열)로 구성하여 공진주파수를 튜닝하는 단위 셀 배열단계를 포함하는 단일 주파수 대역 필터링을 위한 공간 필터 설계 방법이 개시되어 있다.
그리고 본 발명과 같은 주파수 선택적 구조와 결합한 주파수 선택적 전자파흡수 기술의 예로서의 대한민국 공개특허 제10-2012-0072018호에는, 접지층, 유전체층 및 패턴층을 형성하는 것에 의해 전자파를 흡수하는 전파 흡수장치가 개시되어 있다.
상술한 대한민국 공개특허 제10-2012-0072018호의 경우에는 패턴을 서로 이격되는 복수의 단위 셀 패턴들로 이루어진 패턴 그룹이 주기 반복되는 구조를 가진다.
하지만, 선행문헌들과 같은 방법으로 주파수 선택구조를 설계하는 경우, 패턴구조의 복잡성으로 인해 다층기판에 적용하기 어려운 문제점을 가진다.
또한, 대한민국 공개특허 제10-2012-0072018호의 전파 흡수장치는 입사각도에 따라 전자파 흡수 특성이 가변되므로, 입사각이 변경되는 경우 선택된 특정 주파수 대역의 전자파의 흡수율이 낮아져 특정 주파수의 차폐에 부적합한 문제점을 가진다.
따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 투명한 기판 상에 투명한 주파수 선택적 구조를 가지는 도체 패턴을 형성하여 주파수 선택 특성을 가지도록 한 후, 특정 주파수의 전자파를 흡수하여 차폐할 수 있도록 구성하는 것에 의해, 휴대폰을 포함하는 무선통신 단말기, 건축물, 차량 또는 항공기 내 또는 전자부품의 주파수 혼선이나 교란 등의 발생을 최소화시킬 수 있도록 하는 입사각에 독립적인 주파수 선택적 전자파 흡수장치 및 그 제작 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 주파수 선택적 전자파 흡수를 위한 도전체 패턴의 구조를 간소화시키는 것에 의해, 주파수 선택적 전자파 흡수 장치의 제작을 현저히 용이하게 하는 입사각에 독립적인 주파수 선택적 전자파 흡수 장치 및 그 제작 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 입사각에 독립적인 주파수 선택적 전자파 흡수 장치는, 유전체층; 상기 유전체층의 일 측면에 형성되어 상기 유전체층으로 유입된 전자파를 역위상을 가지도록 반사시키는 저항성 재질의 접지층; 및 상기 유전체층의 접지층이 형성된 반대 측면에 형성되어 특정 주파수의 전자파를 위상 반전시켜 반사하도록 주파수 선택적 전자파 흡수를 위한 도전체 패턴으로 형성되는 패턴층;을 포함하고,
상기 패턴층은, 정방형의 폐곡선을 형성하는 그리드패턴과, 상기 그리드패턴을 형성하는 각각의 모서리 중심에서 일정 면적을 형성하며 상기 그리드패턴이 형성하는 정방형의 중심으로 돌출 형성되는 반사패턴을 포함하는 단위셀들이 격자상으로 주기적으로 배치 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 유전체층은, 투명 기판으로 제작되는 것을 특징으로 한다.
상기 접지층과 상기 패턴층은, 전도성 투명전극 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 입사각에 독립적인 주파수 선택적 전자파 흡수 장치 제작 방법은, 유전체층으로 되는 유전체기판의 양면에 투명도전체를 증착시키는 투명도전체증착과정; 및 상기 유전체층의 접지층이 형성된 반대 측면에 형성되어 특정 주파수의 전자파를 위상 반전시켜 반사하도록 주파수 선택적 전자파 흡수를 위한 도전체 패턴을 형성하는 패턴층형성과정;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 패턴층형성과정은, 정방형의 폐곡선을 형성하는 그리드패턴과 상기 그리드패턴을 형성하는 각각의 모서리 중심에서 일정 면적을 형성하며 중심으로 돌출 형성되는 반사패턴 이외의 영역에 위치하는 상기 투명도전체를 제거하여 단위셀들이 격자를 이루며 주기적으로 배치되는 구조인 도전체 패턴을 가지는 패턴층을 형성하는 과정인 것을 특징으로 한다.
상기 패턴층은, 상기 그리드패턴이 상기 전체 패턴층을 단위셀 영역에 대응하는 영역을 가지는 격자상으로 분할하며, 각각의 격자점에는 직사각형의 반사패턴이 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 직사각형의 반사패턴은, 인접된 격자점의 패턴과 90도 회전되어 배치되는 것을 특징으로 한다.
상술한 구성을 가지는 본 발명은, 투명한 기판 상에 주파수 선택 구조의 투명한 도전체 패턴을 형성하여 특정 주파수 전자파를 선택적으로 흡수할 수 있도록 하는 것에 의해, 휴대폰 등의 무선 통신 시스템에서의 혼신이나 잡음을 해소하고, 건축물, 차량 또는 항공기 등에 내부의 통신 및 전자 부품에 대한 전자파 영향을 최소화시키는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명은 특정 주파수에 대한 주파수 선택적 전자파 흡수를 위한 도전체 패턴의 구조를 간소화시키는 것에 의해, 주파수 선택적 전자파 흡수 장치의 제작을 현저히 용이하게 하는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따르는 주파수 선택적 전자파 흡수 장치(100)에서 주파수 선택적 전자파 흡수를 위한 도전체 패턴의 단위 셀(cell) 구조를 나타내는 도면.
도 2는 상기 단위 셀(cell)들이 격자 상으로 배치되어 형성되는 주파수 선택적 전자파 흡수 장치(100)의 사시도,
도 3은 도 2의 실시예로서의 주파수 선택적 전자파 흡수 장치(100)의 단면도.
도 4는 상기 주파수 선택적 전자파 흡수 장치(100)에 의한 서로 다른 입사각(0도, 20도, 40도, 60도)에서의 TE 편파(transverse electric polarization)의 흡수율을 나타내는 도면.
도 5는 상기 주파수 선택적 전자파 흡수 장치(100)에 의한 서로 다른 입사각(0도, 20도, 40도, 60도)에서 TM 편파(transverse magnetic polarization)의 흡수율을 나타내는 도면.
도 6은 상기 주파수 선택적 전자파 흡수 장치(100)의 제작 방법을 나타내는 순서도.
이하, 본 발명의 실시예를 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1 내지 도 5에서 동일 부재에 대해서는 동일한 도면 부호를 기재하였다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따르는 주파수 선택적 전자파 흡수 장치(100)에서 주파수 선택 표면적 전자파 흡수를 위한 도전체 패턴의 단위 셀(cell)을 나타내는 도면이고, 도 2는 상기 단위 셀(cell)들이 격자 상으로 배치되어 형성되는 주파수 선택적 전자파 흡수 장치(100)의 사시도이다.
도 1 및 도 2와 같이, 상기 주파수 선택적 전자파 흡수 장치(100)는, 유전체층(110)과, 유전체층(110)의 일 측면에 형성되는 접지층(120)과, 상기 유전체층(110)의 접지층(120)이 형성된 반대 측 면에 형성되는 패턴층(130)을 포함하여 구성된다.
상기 구성에서 상기 유전체층(110)은 유리 등의 투명 기판으로 제작된다. 그리고 상기 접지층(120)과 상기 패턴층(130)은 산화인듐주석(Indium Tin Oxide, ITO) 또는 카본나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT) 등의 전도성 투명전극 재질로 형성된다.
상기 패턴층(130)은 격자상으로 주기적으로 배치되는 단위셀(135)들로 구성된다. 이때 상기 단위셀(135)는 정방형의 폐곡선을 형성하는 그리드패턴(131)과, 상기 그리드패턴(131)을 형성하는 각각의 모서리 중심에서 일정 면적을 형성하며 중심으로 돌출 형성되는 반사패턴(133)을 포함하여 구성된다.
상술한 바와 같이 상기 단위셀(135)들이 격자를 이루며 주기적으로 배치되는 구조를 가지는 상기 패턴층(130)에서, 상기 각각의 그리드패턴(131)은 단위 셀(135)의 경계를 형성함과 더불어 전체 패턴층(130)을 그리드에 의해 주기적으로 위치하는 격자점을 가지는 격자상으로 분할한다. 그리고 각각의 격자점에는 각각의 단위셀(135) 내의 반사패턴(133)들이 결합하여 직사각형을 이루며 형성된다. 그리고 상기 하나의 단위셀의 반사패턴(133)과 인접된 단위셀의 반사패턴(133)이 결합하여 형성되는 직사각형은 각각의 인접된 격자점에서 90도 회전되어 배치된다. 이에 따라 하나의 격자점을 중심으로 인접된 내 모서리에 각각 직사각형이 반사패턴이 형성되는 구조가 주기적으로 반복된다.
상술한 구조의 상기 반사패턴(133)들과 상기 그리드패턴(131)은 전자파가 입사되는 경우 특정 공진주파수를 형성하게 되며, 그리드패턴(131)들에 의해 각각의 반사패턴(133)들의 입사각별 공진주파수가 균일하게 유지되는 것에 의해 입사각에 무관한 전자파 흡수특성을 가지게 된다.
이러한 전자파 흡수특성을 도 3 내지 도 5를 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
도 3은 도 2의 실시예로서의 주파수 선택적 전자파 흡수 장치(100)의 단면도이다.
도 3과 같이, 실험을 위하여 주파수 선택적 전자파 흡수 장치(100)를 이루는 유전체층(110)은 두께 2.1mm 유리기판으로 하고, 패턴층(130)의 단위셀(135)은 9.5mm X 9.5mm가 되도록 제작한 후, 상술한 바와 같이 제작된 주파수 선택적 전자파 흡수 장치(100)를 이용하여 주파수 선택적 전자파 흡수 특성 실험을 수행하였다.
도 4는 상기 주파수 선택적 전자파 흡수 장치(100)에 의한 서로 다른 입사각(0도, 20도, 40도, 60도)에서 TE 편파(transverse electric polarization)의 차폐 공진주파수 특성을 나타내는 도면이고, 도 5는 상기 주파수 선택적 전자파 흡수 장치(100)에 의한 서로 다른 입사각(0도, 20도, 40도, 60도)에서 TM 편파(transverse magnetic polarization)의 차폐 공진주파수 특성을 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 서로 다른 입사각(0도, 20도, 40도, 60도)에서 TE 및 TM 편파 모두 10.1 ~ 10.3 기가 헤르츠 대역에서 밴드스탑(band stop) 특성을 보여주는 것을 알 수 있다.
즉 도 4 및 도 5와 같이, 도 3의 구조를 가지는 주파수 선택적 전자파 흡수장치(100)는 10.1 ~ 10.3 기가 헤르츠 대역의 전자파가 유전체층(110)으로 입사된 경우에는 접지층(120)에 의해 반사되면서 위상이 반전되어 접지층(120)으로 입사되는 전자파와 상쇄되어 제거된다.
그리고 패턴층(130) 인접의 외부 영역에서는 10.1 ~ 10.3 기가 헤르츠 대역의 전자파가 패턴층(130)의 도전체 패턴을 형성하는 그리드 패턴(131)과 반사패턴(133)에 의해 위상 반전되면서 반사되어, 상기 패턴층(130)으로 입사되는 전자파와 상쇄되어 제거된다.
이러한 작용에 의해 특정 주파수 대역의 전자파를 선택적으로 흡수하여 차폐할 수 있으며, 상기 차폐 대상 전자파의 주파수는 유전체층(110)의 두께, 유전율 등과 그리드패턴(131)과 반사패턴(133)의 크기를 조절하는 것에 의해 조절될 수 있다.
도 6은 본 발명의 주파수 선택적 전자파 흡수 장치의 제조 방법의 처리과정을 나타내는 도면이다.
도 6과 같이, 본 발명의 주파수 선택적 전자파 흡수 장치의 제작을 위해, 먼저, 유전체층으로 되는 투명 유리기판 등의 유전체기판의 양면에 투명도전체를 증작시키는 투명도전체층증착과정(S10)을 수행한다. 투명도전체층증착과정(S10)은 ITO 또는 CNT 등의 투명 도전체를 진공증착, 화학기상법, 잉크젯법 또는 실크스크린법 등을 이용하여 유전체층(110)의 양면에 증착시킨다.
이후, 패턴층(130)으로 되는 면의 투명도전체층을 주파수 선택적 전자파 흡수 패턴에 대응하는 형상 이외의 투명도전체층을 식각 등의 방법으로 제거하는 것에 의해 패턴층을 형성하는 패턴층형성과정(S20)을 수행한다. 이러한 과정에 의해 저항성 재질의 도전체 패턴이 형성된 층은 패턴층(130)으로 되고, 반대면의 패턴이 형성되지 않은 투명도전체층은 접지층(120)이 된다.
이 때, 상기 패턴층형성과정(S20)에서 형성되는 패턴층(130)은 정방형의 폐곡선을 형성하는 그리드패턴(131)과, 상기 그리드패턴(131)을 형성하는 각각의 모서리 중심에서 일정 면적을 형성하며 중심으로 돌출 형성되는 반사패턴(133)을 포함하는 단위셀(135)들이 격자를 이루며 주기적으로 배치되는 구조를 가지도록 형성된다. 이에 의해 상기 각각의 그리드패턴(131)은 단위 셀(135)의 경계를 형성함과 더불어 전체 패턴층(130)을 그리드에 의해 격자상으로 분할하며, 각각의 격자점에는 각각의 단위셀(135) 내에서 동일한 면적을 가지는 사각형의 반사패턴(133)이 서로 맞닿아 직사각형의 반사패턴으로 되고, 각각의 직사각형의 반사패턴은 격자 점을 중심으로 서로 90도의 배치 각도를 가지고 배치됨은 도 1 내지 도 3의 설명과 같다.
상술한 본 발명의 주파수 선택적 전자파 흡수 장치 제조 방법은 유전체층으로 되는 기판의 절삭, 연만, 세척 및 접지층과 패턴층의 형성 후의 세척 등의 공정을 더 포함할 수 있다.
이상의 본 발명은 도전체 패턴의 형성을 간소하여 주파수 선택적 전자파 흡수 장치를 용이하게 제작할 수 있도록 함은 물론, 비용을 절감시킬 수 있게 된다.
100: 주파수 선택적 전자파 흡수 장치
110: 유전체층 120: 접지층
130: 패턴층 131: 그리드패턴
133: 반사패턴 135: 단위셀

Claims (7)

  1. 유전체층;
    상기 유전체층의 일 측면에 형성되어 상기 유전체층으로 유입된 전자파를 역위상을 가지도록 반사시키는 저항성 재질의 접지층; 및
    상기 유전체층의 접지층이 형성된 반대 측면에 형성되어 특정 주파수의 전자파를 위상 반전시켜 반사하도록 주파수 선택적 전자파 흡수를 위한 도전체 패턴으로 형성되는 패턴층;을 포함하고,
    상기 패턴층은,
    정방형의 폐곡선을 형성하는 그리드패턴과, 상기 그리드패턴을 형성하는 각각의 모서리 중심에서 일정 면적을 형성하며 상기 그리드패턴이 형성하는 정방형의 중심으로 돌출 형성되는 반사패턴을 포함하는 단위셀들이 격자상으로 주기적으로 배치 구성되는 것을 특징으로 하는 입사각에 독립적인 주파수 선택적 전자파 흡수 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 유전체층은,
    투명 기판으로 제작되는 것을 특징으로 하는 입사각에 독립적인 주파수 선택적 전자파 흡수 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 접지층과 상기 패턴층은,
    전도성 투명전극 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 입사각에 독립적인 주파수 선택적 전자파 흡수 장치.
  4. 유전체층으로 되는 유전체기판의 양면에 투명도전체를 증착시키는 투명도전체증착과정; 및
    상기 유전체층의 접지층이 형성된 반대 측면에 형성되어 특정 주파수의 전자파를 위상 반전시켜 반사하도록 주파수 선택적 전자파 흡수를 위한 도전체 패턴을 형성하는 패턴층형성과정;을 포함하고,
    상기 패턴층형성과정은,
    정방형의 폐곡선을 형성하는 그리드패턴과 상기 그리드패턴을 형성하는 각각의 모서리 중심에서 일정 면적을 형성하며 중심으로 돌출 형성되는 반사패턴 이외의 영역에 위치하는 상기 투명도전체를 제거하여 단위셀들이 격자를 이루며 주기적으로 배치되는 구조인 도전체 패턴을 가지는 패턴층을 형성하는 과정인 것을 특징으로 하는 입사각에 독립적인 주파수 선택적 전자파 흡수 장치 제작 방법.
  5. 삭제
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 패턴층은,
    상기 그리드패턴이 전체 패턴층을 단위셀 영역에 대응하는 영역을 가지는 격자상으로 분할하며,
    각각의 격자점에는 직사각형의 반사패턴이 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 입사각에 독립적인 주파수 선택적 전자파 흡수 장치 제작 방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 직사각형의 반사패턴은,
    인접된 격자점의 패턴과 90도 회전되어 배치되는 것을 특징으로 하는 입사각에 독립적인 주파수 선택적 전자파 흡수 장치 제작 방법.
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