金屬化紡織品孔洞尺寸與截止頻率關系研究

根據(jù)電磁兼容原理中的小孔藕合理論，尺寸遠小于波長的孔縫，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踐可知，金屬板孔隙導致屏蔽效能下降的因素包括材質(zhì)電導率、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。

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，也不能建立一個完整的理論方程來表達縫隙孔洞狀態(tài)與屏蔽效能的關系。但有一點是明確的：根據(jù)截止波導管理論，截止波導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系，在高頻端采用拱形法測試系統(tǒng)進行電磁屏蔽效能的測試、在低頻端采用法蘭同軸法進行檢測，得到的基本結(jié)論是：多種金屬箔片的材質(zhì)和厚度對電磁屏蔽效能影響不大。導體上開列的孔洞直徑越大、孔之間的間距越小，導體的電磁屏蔽效能越低，并且對于高頻端而言屏蔽效能更低。

在此基礎上采用圖1中三種透孔組織織造的有孔織物經(jīng)化學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服的屏蔽效能和熱濕舒適性。在必要時還可以對熱塑性合成纖維織物采用激光打孔的方法，以形成更加復雜的孔洞。

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，在一個導體平面上周期性重復開列非導電單元（或孔隙單元），會使導體平面產(chǎn)生帶通效應或高通效應；在一個介質(zhì)平面上周期性重復排列導電單元（或?qū)щ娦阅懿⒉缓芎玫碾娮鑶卧�，會使介質(zhì)平面形成帶阻效應或低通效應。由此形成的電磁波頻率選擇性透通效應，在選通有用信號、截止干擾信號方面非常有意義，這種對電磁波的精細控制要比單純的屏蔽阻斷，更有應用價值。如何使紡織品具有電磁波的頻率選擇性透通功能，尚未被人關注。

事實上，由紡織品制成頻率選擇表面（FSS），有其便利性和無限可設計性：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鍍或電鍍、局部濺射導電物質(zhì)、局部涂層印花附著導電物質(zhì)或?qū)щ姼叻肿硬牧系确椒ā＿@些加工無論對于傳統(tǒng)紡織工藝，還是采用新技術，都是非常容易實現(xiàn)的。

通過一系列的對比實驗可知，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)的導電單元、或在其導電表面建立周期結(jié)構(gòu)的非導電單元，制成電磁波通過頻率可選擇的柔性帶通濾波器，可應用于電磁信號傳輸和能量傳輸?shù)臏蚀_控制，達到對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上織造的絨毛長度為8mm的導電毛絨織物，加工時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字形導電體。

而毛絨織物以E8257D信號發(fā)射器、E7405A頻譜分析儀為測試設備、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)進入到了絨毛之間，并進行多次反復的反射而消耗能量，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，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，以聚酯長絲為兩個端面的原料，將間隔紗線分別固結(jié)在兩個端面。為獲得高的散射效果即降低發(fā)射率，實現(xiàn)雷達偽裝，我們專門設立了導電間隔紗線的固結(jié)方式：導電間隔紗線采用成組排列的方式，每一組導電間隔紗線均排列成圓形，但在間隔織物的底面，間隔紗線處于一個小的圓周上進行固結(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個向上開放的、比較平坦的錐臺，便于電磁波向更廣的范圍散射，以降低特定方向的反射率，達到雷達偽裝的效果。

此外，利用化纖金屬化加工技術和紡織加工工藝制造左手材料，是一個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，重復周期性排列而成，不適于應用。因此，在左手材料構(gòu)造技術方面進展不大。

現(xiàn)有的化纖紡織加工技術可以比較簡便地實現(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)實現(xiàn)手性化基礎上，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規(guī)則的形態(tài)固定，就有可能實現(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)生雙負效應的電磁波波長相一致。

在上述周期結(jié)構(gòu)紡織品的研究基礎上進行基于紡織品的左手材料研發(fā)，將具有重要的學術意義和應用價值。