金屬化紡織品孔洞尺寸與截止頻率關(guān)系研究

根據(jù)電磁兼容原理中的小孔藕合理論，尺寸遠(yuǎn)小于波長的孔縫，可將孔縫等效為電偶極子和磁偶極子。根據(jù)該理論及金屬板孔縫電磁泄漏實(shí)踐可知，金屬板孔隙導(dǎo)致屏蔽效能下降的因素包括材質(zhì)電導(dǎo)率、厚度、孔隙形狀、尺寸及排布方式；金屬網(wǎng)材屏蔽效能與網(wǎng)絲直徑、間距及單位長度交流電阻有關(guān)。

由此可見，因影響因素眾多，即使是結(jié)構(gòu)比較規(guī)整的金屬板孔隙或金屬網(wǎng)材，也不能建立一個(gè)完整的理論方程來表達(dá)縫隙孔洞狀態(tài)與屏蔽效能的關(guān)系。但有一點(diǎn)是明確的：根據(jù)截止波導(dǎo)管理論，截止波導(dǎo)管作為高通濾波器在一定的形狀結(jié)構(gòu)下，低于截止頻率的電磁波是無法通過的，就像家用微波爐的觀察窗一樣，觀察者可以通過金屬網(wǎng)材上的小孔進(jìn)行觀察，但微波爐2.45GHz的電磁波并不向外泄漏。

因此，我們首先研究金屬箔片上的不同形狀、尺寸和排列方式的孔隙與其屏蔽效能的關(guān)系，在高頻端采用拱形法測試系統(tǒng)進(jìn)行電磁屏蔽效能的測試、在低頻端采用法蘭同軸法進(jìn)行檢測，得到的基本結(jié)論是：多種金屬箔片的材質(zhì)和厚度對(duì)電磁屏蔽效能影響不大。導(dǎo)體上開列的孔洞直徑越大、孔之間的間距越小，導(dǎo)體的電磁屏蔽效能越低，并且對(duì)于高頻端而言屏蔽效能更低。

在此基礎(chǔ)上采用圖1中三種透孔組織織造的有孔織物經(jīng)化學(xué)鍍銅和電鍍鎳等金屬化加工，制得的有孔織物，其孔洞尺寸與電磁屏蔽效能的關(guān)系如圖3所示。顯然，采用這如圖2所示樣的加工方法，可兼顧電磁輻射防護(hù)服的屏蔽效能和熱濕舒適性。在必要時(shí)還可以對(duì)熱塑性合成纖維織物采用激光打孔的方法，以形成更加復(fù)雜的孔洞。

平面周期結(jié)構(gòu)的紡織品電磁性能研究

根據(jù)頻率選擇表面理論，在一個(gè)導(dǎo)體平面上周期性重復(fù)開列非導(dǎo)電單元（或孔隙單元），會(huì)使導(dǎo)體平面產(chǎn)生帶通效應(yīng)或高通效應(yīng)；在一個(gè)介質(zhì)平面上周期性重復(fù)排列導(dǎo)電單元（或?qū)щ娦阅懿⒉缓芎玫碾娮鑶卧�），�?huì)使介質(zhì)平面形成帶阻效應(yīng)或低通效應(yīng)。由此形成的電磁波頻率選擇性透通效應(yīng)，在選通有用信號(hào)、截止干擾信號(hào)方面非常有意義，這種對(duì)電磁波的精細(xì)控制要比單純的屏蔽阻斷，更有應(yīng)用價(jià)值。如何使紡織品具有電磁波的頻率選擇性透通功能，尚未被人關(guān)注。

事實(shí)上，由紡織品制成頻率選擇表面（FSS），有其便利性和無限可設(shè)計(jì)性：不同材質(zhì)的搭配、單元圖案及尺寸、排列密度及排列方式等均可靈活組合，并使最終制品具有其他材料不易獲得的柔軟性。

在介質(zhì)平面上建立導(dǎo)電性周期結(jié)構(gòu)單元的方法則更多，例如可采用局部化學(xué)鍍或電鍍、局部濺射導(dǎo)電物質(zhì)、局部涂層印花附著導(dǎo)電物質(zhì)或?qū)щ姼叻肿硬牧系确椒�。這些加工無論對(duì)于傳統(tǒng)紡織工藝，還是采用新技術(shù)，都是非常容易實(shí)現(xiàn)的。

通過一系列的對(duì)比實(shí)驗(yàn)可知，紡織品可以通過各種方法在其絕緣表面建立周期結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電單元、或在其導(dǎo)電表面建立周期結(jié)構(gòu)的非導(dǎo)電單元，制成電磁波通過頻率可選擇的柔性帶通濾波器，可應(yīng)用于電磁信號(hào)傳輸和能量傳輸?shù)臏?zhǔn)確控制，達(dá)到對(duì)特定頻率電磁波的阻斷或暢通目的。

立體周期結(jié)構(gòu)的紡織品電磁性能研究

在織物上建立立體的周期結(jié)構(gòu)單元，將形成更有效的頻率選擇性透通的電磁紡織品。而紡織品建立立體的周期結(jié)構(gòu)，有很多成熟的加工工藝。例如，采用鍍銀錦綸長絲在長毛絨織機(jī)上織造的絨毛長度為8mm的導(dǎo)電毛絨織物，加工時(shí)鍍銀長絲分別在地組織固結(jié)，故鍍銀長絲在織物底部并不聯(lián)通，成為基本直立的U字形導(dǎo)電體。

而毛絨織物以E8257D信號(hào)發(fā)射器、E7405A頻譜分析儀為測試設(shè)備、采用拱形法測試系統(tǒng)測得的傳輸功率，表明在廣泛的頻率范圍內(nèi)，入射電磁波的大多數(shù)進(jìn)入到了絨毛之間，并進(jìn)行多次反復(fù)的反射而消耗能量，僅有極少比例的電磁能被反射到接收器。也就是說，這種狀態(tài)與纖維尺寸有關(guān)，纖維尺寸影響了電磁波在毛絨織物表面的入射阻抗，從而影響了頻率選擇性。

以上的例子是采用了一端處于自由狀態(tài)的直立絨毛。我們還采用經(jīng)編間隔織物，以鍍銀錦綸長絲為間隔紗線，以聚酯長絲為兩個(gè)端面的原料，將間隔紗線分別固結(jié)在兩個(gè)端面。為獲得高的散射效果即降低發(fā)射率，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)偽裝，我們專門設(shè)立了導(dǎo)電間隔紗線的固結(jié)方式：導(dǎo)電間隔紗線采用成組排列的方式，每一組導(dǎo)電間隔紗線均排列成圓形，但在間隔織物的底面，間隔紗線處于一個(gè)小的圓周上進(jìn)行固結(jié)；而在間隔織物的頂面上，間隔紗線則處于較大的圓周上，因此，由間隔紗線組成一個(gè)個(gè)向上開放的、比較平坦的錐臺(tái)，便于電磁波向更廣的范圍散射，以降低特定方向的反射率，達(dá)到雷達(dá)偽裝的效果。

此外，利用化纖金屬化加工技術(shù)和紡織加工工藝制造左手材料，是一個(gè)非常值得研究的重要課題。左手材料因其性能超出自然界存在的材料，被稱作“超材料”。但左手材料一直由微型印刷電路板刻蝕出開口諧振環(huán)等單元，重復(fù)周期性排列而成，不適于應(yīng)用。因此，在左手材料構(gòu)造技術(shù)方面進(jìn)展不大。

現(xiàn)有的化纖紡織加工技術(shù)可以比較簡便地實(shí)現(xiàn)三維立體周期性結(jié)構(gòu)。例如：在將纖維表面金屬化形成金屬柱、或局部金屬化形成開口諧振環(huán)、及通過加捻扭轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)手性化基礎(chǔ)上，采用長毛絨、立絨、毛巾織物、間隔織物的織造方法使纖維以相對(duì)規(guī)則的形態(tài)固定，就有可能實(shí)現(xiàn)左手材料所需的結(jié)構(gòu)，并且這種加工要容易得多，特別是這些纖維的線度能方便的與需要產(chǎn)生雙負(fù)效應(yīng)的電磁波波長相一致。

在上述周期結(jié)構(gòu)紡織品的研究基礎(chǔ)上進(jìn)行基于紡織品的左手材料研發(fā)，將具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價(jià)值。