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2014年我國(guó)電磁紡織品發(fā)展趨勢(shì)

 2014-3-24
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(zhǎng)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(zhǎng)度交流電阻有關(guān)。
  
  由此可見(jiàn),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(lái)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(wú)法通過(guò)的,就像家用微波爐的觀察窗一樣,觀察者可以通過(guò)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(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行電磁屏蔽效能的測(cè)試、在低頻端采用法蘭同軸法進(jìn)行檢測(cè),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(kāi)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(kāi)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(wú)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(wú)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(guò)一系列的對(duì)比實(shí)驗(yàn)可知,紡織品可以通過(guò)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(guò)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(zhǎng)絲長(zhǎng)毛絨織機(jī)上織造的絨毛長(zhǎng)度為8mm的導(dǎo)電毛絨織物,加工時(shí)鍍銀長(zhǎng)絲分別在地組織固結(jié),故鍍銀長(zhǎng)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(cè)試設(shè)備、采用拱形法測(cè)試系統(tǒng)測(cè)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(shuō),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(zhǎng)絲為間隔紗線,以聚酯長(zhǎng)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(zhuān)門(mén)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(kāi)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(chēng)作“超材料”。但左手材料一直由微型印刷電路板刻蝕出開(kāi)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(jiǎn)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(kāi)口諧振環(huán)、及通過(guò)加捻扭轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)手性化基礎(chǔ)上,采用長(zhǎng)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(zhǎng)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。

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