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作者：石風(fēng)俊,鄭德均

電磁波在0Hz~400GHz的寬頻范圍內(nèi)已被廣泛用于雷達(dá)、通訊、醫(yī)療工業(yè)生產(chǎn)等電子設(shè)備中。其中的微波是指頻率大約在300MHz~300GHz，即波長在1m~1mm范圍內(nèi)的電磁波。微波有頻率高、頻帶寬、波長短、波束定向性和分辨能力高等特性。微波屏蔽織物主要用于屏蔽輻射頻率從幾十MHz到幾GHz范圍的電磁輻射。研究表明金屬纖維混紡織物對(duì)微波輻射具有良好的屏蔽效果。這里在分析金屬纖維屏蔽織物屏蔽機(jī)理的基礎(chǔ)上，對(duì)金屬纖維在紗線中的分布、金屬纖維含量以及織物緊度同織物屏蔽效能之間的關(guān)系進(jìn)行了探討。

1電磁屏蔽織物的屏蔽機(jī)理

不含屏蔽材料的織物，其體積電阻率一般在1010Ω•cm以上，本身不具有電磁屏蔽功能。金屬纖維屏蔽織物的防護(hù)作用是其中的金屬纖維在起作用。含金屬纖維的紗線相互交織形成縱橫交錯(cuò)的隔離網(wǎng)能使電磁波的能量衰減到一定程度，從而達(dá)到防護(hù)目的。電磁波傳播到屏蔽織物時(shí)，其衰減機(jī)理有3種:(1)吸收損耗;(2)表面反射損耗;(3)織物內(nèi)部多次反射損耗。反射主要是由于介質(zhì)與金屬的波阻抗不一致引起的，二者相差越大，反射損耗越大。吸收是指渦流效應(yīng)，即在高頻條件下，電磁波通過屏蔽體時(shí)，在屏蔽體表面產(chǎn)生渦流，渦流在產(chǎn)生反磁場來抵消原干擾磁場的同時(shí)，還產(chǎn)生熱損耗，使電磁波能量衰減，達(dá)到屏蔽效果。屏蔽織物的屏蔽效能SE是指未加屏蔽時(shí)某一測點(diǎn)場強(qiáng)與加屏蔽后同一測點(diǎn)的場強(qiáng)之比，單位為dB。屏蔽效能SE與傳輸系數(shù)T的關(guān)系為:

SE=20log1T(1)

其中在平面波情況下，完整金屬網(wǎng)的傳輸系數(shù)為:

T=s{0•265×10-2Rf+j[0.265×10-2Xf+0.333×10-8flnsa-1.5]}(2)

式(2)中，s為金屬網(wǎng)網(wǎng)距(m)，a為金屬網(wǎng)網(wǎng)絲半徑(m)，Rf為金屬網(wǎng)網(wǎng)絲單位長度的交流電阻(Ω/m)，Xf為金屬網(wǎng)網(wǎng)絲單位長度的電抗(Ω/m)，f為頻率(Hz)。

按照式(2)可以計(jì)算出屏蔽織物的屏蔽效能SE。理論計(jì)算曲線和實(shí)測屏蔽效能曲線相比，二者變化趨勢相同，計(jì)算值較實(shí)測值偏大，但隨著測試頻率增加二者有靠攏的趨勢。這是由于金屬纖維構(gòu)成的導(dǎo)電網(wǎng)隨頻率的增大，其電阻和電抗都將增大，所以對(duì)電磁波反射損耗減小。同時(shí)，根據(jù)屏蔽理論，具有一定深度的孔或縫隙可以看作波導(dǎo)，而波導(dǎo)在一定條件下可以對(duì)傳播的電磁波進(jìn)行衰減。屏蔽織物中的孔或縫相當(dāng)于一個(gè)工作在截止頻率(Fco)以下的波導(dǎo)。其截止頻率可由如下公式求出:

Fco=3×10112l(3)

式中：l為孔或縫的線經(jīng)，單位mm。

由于截止頻率是由屏蔽織物中的孔或縫線經(jīng)尺寸，而非面積大小決定的，當(dāng)頻率增大向截止頻率靠攏的過程中，電磁波透過量增加。在Fco/3~Fco之間，衰減下降，在Fco處屏蔽效能接近0dB。

2金屬纖維分布及紗線結(jié)構(gòu)與屏蔽效能間的關(guān)系

由不銹鋼短纖維混紡紗制成的織物與不銹鋼長絲混紡制成的織物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比，其屏蔽效率差異較大，如圖1所示。