關(guān)福旺，肖 紅，施楣梧, ，王府梅

(1.東華大學(xué) 紡織學(xué)院，上海 201620；2.總后勤部軍需裝備研究所，北京 100010)

織物基頻率選擇表面材料的制備及應(yīng)用

關(guān)福旺1，肖 紅2，施楣梧1, 2，王府梅1

(1.東華大學(xué) 紡織學(xué)院，上海 201620；2.總后勤部軍需裝備研究所，北京 100010)

通過分析傳統(tǒng)頻率選擇表面的研究現(xiàn)狀，闡述了研究新型織物基頻率選擇表面材料的必要性。采用導(dǎo)電膠涂層印花的方法制備了圓環(huán)形織物基頻率選擇表面樣品，在18～26.5 GHz頻段采用屏蔽室法測定其透射系數(shù)，對比分析了圓環(huán)內(nèi)徑、金屬層導(dǎo)電性、涂層厚度對電磁波透射的影響規(guī)律。相關(guān)實驗結(jié)果證實研究織物基頻率選擇表面材料的可行性與有效性。將實測與仿真結(jié)果作對比發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的設(shè)計手段在一定程度上也適用于織物基頻率選擇表面材料。基于頻響特性及紡織材料質(zhì)輕、柔軟、低剛度的特性，探討了織物基頻率選擇表面材料在吸波材料、電子織物天線、通信窗等領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

頻率選擇表面；透射系數(shù)；頻響特性；電磁功能織物；金屬化工藝

電磁波在傳輸時攜帶信息和能量，使其在通信、遙感、空間探測等諸多軍事和民用領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但與此同時也會給人類帶來危害。已有較多文獻(xiàn)系統(tǒng)地研究了電磁屏蔽的標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)及產(chǎn)品[1-3]。對于個體防護(hù)而言，電磁防護(hù)服無疑是最后一道防線，經(jīng)過多年的研究發(fā)展，已出現(xiàn)了導(dǎo)電高分子涂層或表面鍍覆金屬的纖維及織物、含金屬纖維或金屬化纖維的織物產(chǎn)品，研究思路是通過金屬化手段使紡織品成為連續(xù)致密的導(dǎo)電體，獲得類似導(dǎo)電板材或膜材的屏蔽效能[4]。然而，紡織品的使用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在其質(zhì)輕、柔軟、透氣透濕等方面，尤其穿著用紡織品，因此通過增加導(dǎo)電體含量提高屏蔽效能與保持紡織品舒適性成為了不可調(diào)和的矛盾，嚴(yán)重制約了其應(yīng)用前景，急需設(shè)計和開發(fā)兼具2種特性的新型電磁屏蔽紡織品。

事實上，由于織物表面粗糙不平，經(jīng)緯紗交織有一定的密度，利用傳統(tǒng)工藝制備的鍍覆金屬或者含金屬纖維混紡的織物并不可能和金屬板材完全相同，表面或內(nèi)部均具有細(xì)微的孔洞結(jié)構(gòu)，但是相鄰導(dǎo)電體的間距較小，其耦合作用導(dǎo)致電磁屏蔽紡織品沒有出現(xiàn)明顯的電磁泄露，呈現(xiàn)出較理想的屏蔽效能[5]。相關(guān)學(xué)者在探討電子設(shè)備間的電磁干擾問題時，對具有孔洞縫隙的金屬板材的屏蔽效能做了估算發(fā)現(xiàn)，電磁泄露與孔徑類型、尺寸及排列方式有關(guān)，且不同頻段的電磁泄露值不同[6-7]，因此，開孔在滿足一定條件時不會顯著影響良導(dǎo)體板材的電磁屏蔽效能，尤其是針對特定頻段的屏蔽。

適當(dāng)增加開孔結(jié)構(gòu)，減少使用金屬材料的質(zhì)量，亦可使電磁屏蔽效能達(dá)到要求，這一發(fā)現(xiàn)將為電磁屏蔽織物的研究帶來新方向。紡織品具有特有的周期結(jié)構(gòu)，因此研究周期性開孔的電磁防護(hù)面料的屏蔽效能顯得更為重要，相關(guān)研究需深入了解電磁波與孔洞結(jié)構(gòu)相互作用的機(jī)制。在物理學(xué)中，存在一類結(jié)構(gòu)是頻率選擇表面(frequency selective surface,FSS)，它是由周期性導(dǎo)電單元構(gòu)成，可選擇性地屏蔽電磁波，而被屏蔽波的頻率與周期導(dǎo)電花型的幾何參數(shù)密切相關(guān)[8]。依據(jù)電磁屏蔽紡織品的使用環(huán)境，通過合理的優(yōu)化設(shè)計，將紡織品加工成類似FSS的結(jié)構(gòu)，基本可實現(xiàn)傳統(tǒng)的電磁屏蔽效能。

以改善傳統(tǒng)電磁屏蔽面料的舒適性為出發(fā)點，可將具有幾何孔洞特征的FSS應(yīng)用于柔性織物。實際上，采用不同種類及結(jié)構(gòu)參數(shù)的FSS可分別實現(xiàn)帶通、帶阻、高通或高阻的特性，對不同頻段的電磁波作用并非單一，故廣譜電磁屏蔽只是其中的一種作用形式[8]。如果把織物基FSS作為電磁場中的一類介質(zhì)，起到空間濾波器的作用，有效地調(diào)控電磁波的傳輸，這將打破單一電磁屏蔽的局限，并拓寬電磁功能紡織品的應(yīng)用范圍。長期以來，以柔性紡織材料為載體的FSS研究甚少，而相較于致密剛性板材，紡織品柔軟、質(zhì)輕、易彎曲等特點也將使其在特定領(lǐng)域有較好的使用優(yōu)勢。

本文介紹了FSS的研究基礎(chǔ)，采用涂層印花實驗實現(xiàn)了圓環(huán)形織物基FSS，并對其電磁波透射特性測試分析，得出相關(guān)結(jié)論。綜合頻率選擇特性與紡織品固有特點，探討織物基FSS的應(yīng)用前景。

1 FSS的研究基礎(chǔ)

設(shè)計和開發(fā)織物基FSS，需要深入地了解FSS的基本概念和性能，有效地掌握設(shè)計準(zhǔn)則和成形方法，全面地總結(jié)現(xiàn)有織物基FSS的研究情況。以傳統(tǒng)FSS研究為基礎(chǔ)，可對織物基FSS的設(shè)計和開發(fā)提供理論參考和技術(shù)指導(dǎo)。

1.1 FSS的基本特性

FSS是由周期性排列的導(dǎo)電貼片單元(貼片型)或者在導(dǎo)電屏上周期性排列的開孔單元(透孔型)構(gòu)成，它的透射及反射特性表現(xiàn)為電磁波頻率的函數(shù)，具有調(diào)控電磁波傳輸?shù)哪芰Α?種類型FSS與電磁波相互作用，分別表現(xiàn)出帶阻或帶通的特性，如圖1所示。傳統(tǒng)的FSS是典型的二維電磁周期結(jié)構(gòu)，但廣義的FSS也包含了一維和三維陣列結(jié)構(gòu)[8]。

圖1 2種FSS透射曲線Fig.1 Transmission curves of two kinds of FSS.(a) Patch FSS; (b) Aperture FSS

FSS在可見光、紅外、微波段均有應(yīng)用，經(jīng)常被用到雷達(dá)天線罩、多頻段天線的副反射面、遠(yuǎn)紅外頻段下的極化器、光束分離器、紅外頻段下的濾波器等[9]。

1.2 FSS的研究現(xiàn)狀

1.2.1 FSS的設(shè)計及成形方法

麥克斯韋方程揭示了物質(zhì)的電磁參數(shù)能夠決定電磁波的傳輸特性，而決定FSS電磁參數(shù)的因素，如單元形狀及尺寸、單元間距、單元導(dǎo)電性等也基本確定了宏觀的電磁波透通特性，另外介質(zhì)基體加載、電磁波入射角度及極化方式等也會產(chǎn)生影響[8-9]，因此FSS的設(shè)計要解決的是找尋方法確定各結(jié)構(gòu)參數(shù)和物理參數(shù)。

關(guān)于FSS的設(shè)計，除參照經(jīng)驗公式外，數(shù)值計算和理論仿真也逐漸成為重要的設(shè)計手段，可快速確定參數(shù)范圍，節(jié)省時間和成本，尤其適用于新型FSS單元的設(shè)計。數(shù)值計算主要有近似方法(變分法、等效電路法、點匹配法、多模等效網(wǎng)絡(luò)法等)和全波分析方法(互阻抗法、模式匹配法、譜域Galerkin方法、有限元法、矩量法、時域有限差分法、頻域有限差分法等)；基于相關(guān)算法開發(fā)的商業(yè)軟件同樣可用于計算電磁波透通特性，如CST軟件，HFSS軟件，F(xiàn)EKO軟件，XFDTD軟件等。理論計算方法適用于優(yōu)化設(shè)計新單元、定量分析參數(shù)影響及探討濾波機(jī)制等領(lǐng)域，但復(fù)雜的公式導(dǎo)致其專業(yè)性較強(qiáng)[11]。

傳統(tǒng)FSS成形方法主要有印刷電路板(PCB)、粘貼工藝、銀墨水印刷、電腐蝕或者激光刻蝕、立體打印等技術(shù)[12-13]，但這部分在文獻(xiàn)中詳細(xì)的報道很少。采用上述幾種方式得到的產(chǎn)品硬度和剛度較大，主要集中于復(fù)合板材。當(dāng)然也可采用化學(xué)方法構(gòu)筑微納米點陣，實現(xiàn)對高頻電磁波的控制等。

1.2.2 織物基FSS的研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外眾多科研機(jī)構(gòu)均有涉及FSS的研究工作，主要集中在新單元(復(fù)雜花型、分形結(jié)構(gòu))的設(shè)計、多層級聯(lián)及立體FSS的特性、模擬和數(shù)值求解 (HFSS、CST、FDTD、等效電路)以及在雷達(dá)罩和陣列天線的應(yīng)用等方面[14-16]。

針對柔性紡織品這一載體的研究很少，已出現(xiàn)的研究工作系統(tǒng)性較差。R.D.Seager和A.Chauraya等利用電腦繡花、絲網(wǎng)印刷、噴墨打印、機(jī)織等技術(shù)實現(xiàn)織物基FSS結(jié)構(gòu)[17-18]；韓國科學(xué)技術(shù)院Sang-Eui Lee等通過碳纖維和介電纖維交織形成周期花型，實現(xiàn)織物對電磁波的頻率選擇特性[19]；美國陸軍納提克士兵研究和工程開發(fā)中心Michael Ghebrebrhan等提出了“紡織品超材料”的概念，研究工作是將金屬絲加入到滌綸紗線中得到復(fù)合紗，通過一定的加工手段得到機(jī)織物和針織物，構(gòu)造類似開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)，獲得超材料特性[20]；總后勤處軍需裝備研究所施楣梧等提出“電磁波頻率選擇透通紡織品”的概念[21]，給出了較好的研究思路，需要深入細(xì)致的實踐。

對于織物基FSS的研究，雖出現(xiàn)了一定的研究工作，但設(shè)計方法和實際成形手段均未體系化，有待于進(jìn)一步完善。如何針對不同需求展開設(shè)計，并尋找精準(zhǔn)有效的成形手段，如何建立合理的評價體制，并基于實驗樣品進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)，這些問題都值得研究者關(guān)注。

2 織物基FSS的實現(xiàn)

本文采用導(dǎo)電膠涂層印花的方式實現(xiàn)了圓環(huán)形織物基FSS，通過測定樣品透射系數(shù)的變化并加以對比分析，探討圓環(huán)內(nèi)徑、金屬層導(dǎo)電性與厚度對頻響特性的影響規(guī)律。進(jìn)一步通過與傳統(tǒng)FSS仿真的結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)設(shè)計方法在一定程度上適用于織物基FSS。

2.1 實驗部分

2.1.1 實驗材料和儀器

片狀銀包銅粉(銀鍍層占總質(zhì)量比約4%)；聚氨酯涂層印花膠料；經(jīng)堿減量處理的滌綸織物(經(jīng)緯紗線密度均為14.8 tex；經(jīng)密為286根/10 cm；緯密為224根/10 cm；面密度為178 g/m2；厚度為0.48 mm)；數(shù)字式厚度計；介電常數(shù)測試儀(4396B網(wǎng)絡(luò)阻抗頻譜分析儀、43961A阻抗適配器及16453A介電常數(shù)測試夾具)等。

2.1.2 實驗設(shè)計

圖2示出貼片型和孔徑型圓環(huán)FSS結(jié)構(gòu)單元的示意圖。圖中Dx和Dy是單元尺寸，Dx=Dy=12 mm，R代表圓環(huán)的外徑，r代表圓環(huán)的內(nèi)徑，灰色區(qū)域代表導(dǎo)電區(qū)域，而白色部分不導(dǎo)電。

圖2 2種圓環(huán)形結(jié)構(gòu)單元示意圖Fig.2 Two kinds of circular-ring-shaped structural units.(a) Patch type; (b) Aperture type

為探討結(jié)構(gòu)尺寸、金屬層的導(dǎo)電性及厚度對頻響特性的影響，各因素分別采取不同水平值進(jìn)行設(shè)計對比，圓環(huán)內(nèi)徑取2、3、4 mm，銀包銅粉含量取25%、30%、35%，涂層厚度取20、40、60 μm。表1示出了具體的實驗方案。

表1 導(dǎo)電漿涂層印花實驗Tab.1 Conductive adhesive coating printing experiment

2.1.3 實驗過程與測試

首先將銀包銅粉和聚氨酯膠料按照相應(yīng)的質(zhì)量比均勻混合，形成復(fù)合導(dǎo)電印花漿，采用絲網(wǎng)印刷的方式涂覆至織物表面。通過感光法制備具有相應(yīng)周期花型的滌綸絲網(wǎng)；利用刮刀將導(dǎo)電漿印制在織物表面，控制均勻的速度和壓力(為獲得不同的涂層厚度，可改變刮膠的次數(shù))，在織物上形成周期的導(dǎo)電圓環(huán)花型；常溫固化5 h，使印花漿在織物表面牢固結(jié)合，得到尺寸為300 mm × 300 mm的樣品。

透射系數(shù)由屏蔽室法測得，平面電磁波垂直入射樣品，測試頻段為18～26.5 GHz。測試過程及原理已在文獻(xiàn)[22]中較詳細(xì)地闡述。

2.2 結(jié)果分析和討論

表1中每組樣品都有貼片型與孔徑型2種互補(bǔ)結(jié)構(gòu)，故總共有7 × 2=14個樣品。通過對比分析樣品的透射系數(shù)，可得出結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料參數(shù)對頻響特性的影響。

2.2.1 圓環(huán)內(nèi)徑的影響

通過對比分析樣品1、2和3的透射系數(shù)可看出，在其他因素不變的情況下，圓環(huán)內(nèi)徑對電磁波透通性能的影響如圖3所示。隨著圓環(huán)內(nèi)徑的增大，2種形式的FSS的諧振頻率均往低頻移動，而諧振頻率略有差別。這是因為隨著內(nèi)徑的增大，環(huán)間耦合的電容在逐漸增大，根據(jù)LC振蕩電路可知，此時諧振頻率減小。對于貼片型，諧振頻率依次為22.591、21.145、19.275 GHz，諧振峰值分別為-7.653、-8.914、-11.278 dB；對于孔徑型，諧振頻率依次為20.975、20.295、18.34 GHz，諧振峰值分別為-7.155、-6.975、-8.143 dB。

圖3 圓環(huán)內(nèi)徑對透通性能的影響Fig.3 Influence of inner diameter on transmission characteristics.(a) Patch type; (b) Aperture type

如果將90%的電磁波被屏蔽或者透過作為貼片型和透孔型FSS的閾值，則應(yīng)使用透射系數(shù)小于-10 dB和大于-0.5 dB對應(yīng)的頻率區(qū)間作為帶寬進(jìn)行評價。若以此為據(jù)，顯然圖3中曲線形態(tài)并非十分理想，且2種互補(bǔ)形式的FSS的測試曲線并非完全對稱，這二點應(yīng)該是由于樣品制作過程中誤差較大，導(dǎo)電材料并非理想導(dǎo)體，樣品尺寸非無限大等原因造成的。

2.2.2 銀包銅粉含量的影響

將樣品4、5和1的透射系數(shù)作對比分析，可得到FSS層導(dǎo)電性對透通性能的影響，結(jié)果如圖4所示。當(dāng)銀包銅粉的含量在25%時，透射系數(shù)曲線幾乎沒有諧振峰出現(xiàn)，而當(dāng)導(dǎo)電粉體含量為30%和35%時，出現(xiàn)了較明顯的諧振峰，且諧振峰值有增大的趨勢，尤其是孔徑型FSS。

圖4 導(dǎo)電粉體含量對透通性能的影響Fig.4 Influence of conductive powder content on transmission characteristics.(a) Patch type; (b) Aperture type

隨著銀包銅粉含量的增大，樣品的頻率選擇特性會增強(qiáng)，原因是電導(dǎo)率大的材料對電子的阻礙作用小。根據(jù)FSS產(chǎn)生的諧振機(jī)制，入射電磁波對金屬中電子產(chǎn)生振動，如果入射電磁波的能量完全轉(zhuǎn)化為電子振動，則產(chǎn)生了諧振。金屬中電子振動與束縛作用有關(guān)，電子束縛作用越小電子越易產(chǎn)生振動，所以對電磁波損耗就越大。在后期的產(chǎn)品研發(fā)過程中，為增強(qiáng)產(chǎn)品的頻率選擇特性，應(yīng)該盡量增強(qiáng)導(dǎo)電體的導(dǎo)電性，當(dāng)然還要結(jié)合成本和加工難度等因素綜合考慮。

2.2.3 涂層厚度的影響

固定單元的結(jié)構(gòu)尺寸和銀包銅粉的含量，改變刮膠次數(shù)可制得不同涂覆厚度的樣品。圖5示出了樣品1、6和7的透射系數(shù)曲線，從圖中可看出涂層厚度對電磁波透通性能的影響。隨著厚度的增加，樣品的頻率選擇特性逐漸增強(qiáng)，尤其是當(dāng)厚度由20 μm增大到40 μm，透射曲線產(chǎn)生了明顯的“跳躍”。

圖5 涂層厚度變化對透通性能的影響Fig.5 Influence of coating thickness on transmission characteristics.(a) Patch type; (b) Aperture type

將FSS層的導(dǎo)電性和涂覆厚度綜合考慮，可使用方阻進(jìn)行表征。電阻率、厚度及方阻間的換算關(guān)系如下。

式中：Rw代表導(dǎo)電體的方阻；ρ代表導(dǎo)電體的電阻率(數(shù)值上等于電導(dǎo)率的倒數(shù))；d代表導(dǎo)電體的厚度。從上式可知，固定電阻率或者電導(dǎo)率不變，增大涂覆厚度，使得方阻減小，此時頻率選擇特性增強(qiáng)。該公式同樣適用于探討銀包銅粉含量的影響，固定涂覆厚度不變，增大導(dǎo)電粉體含量，導(dǎo)致電阻率減小，從而使得方阻減小，頻率選擇特性增強(qiáng)。綜合二點來看，F(xiàn)SS層的導(dǎo)電性及厚度均會對頻響特性產(chǎn)生影響，在分析和討論時，可采用方阻來表征二者的復(fù)合作用。

涂層印花實驗探索了圓環(huán)內(nèi)徑、導(dǎo)電粉體含量及涂覆厚度對透通性能的影響，得到了一些基本的影響規(guī)律，證實了研究織物基FSS的可行性與有效性。在此基礎(chǔ)上，后續(xù)研究應(yīng)擴(kuò)大結(jié)構(gòu)參數(shù)的范圍(R，Dx，Dy等)，并分析參數(shù)對頻響特性的影響機(jī)制；加強(qiáng)對比實驗，量化FSS層的方阻并確定其閾值(當(dāng)方阻處于某一數(shù)量級時，進(jìn)一步減小方阻對頻響特性影響不大)；探討基底織物的介電特性對產(chǎn)品頻率選擇特性的影響等。

2.2.4 實測與仿真結(jié)果對比分析

由于FSS結(jié)構(gòu)單元及影響參數(shù)的多樣性，在實際產(chǎn)品開發(fā)過程中會出現(xiàn)需設(shè)計不同花型，改變諧振頻點位置，選擇不同織物基底等多樣化需求，此時普適的設(shè)計方法顯得特別重要。

利用高頻仿真軟件HFSS仿真?zhèn)鹘y(tǒng)FSS的方法，將基底織物等效為具有相同介電常數(shù)和厚度的致密板材，把FSS層設(shè)置為理想導(dǎo)體，并使用主從邊界條件將單元無限大地周期性重復(fù)。仿真的單元結(jié)構(gòu)對應(yīng)于樣品7，參數(shù)如下：Dx=Dy=12 mm，R=5 mm，r=2 mm(貼片型)，導(dǎo)電體厚度為60 μm。經(jīng)測定，當(dāng)電磁波頻率達(dá)到1 GHz頻段以上時，織物的介電性已很小，這里將其屬性設(shè)置為真空。

圖6 實測與仿真結(jié)果對比Fig.6 Comparison of measured and simulation results

圖6示出實測與仿真結(jié)果的對比。從圖中可看出雖然2條透射系數(shù)曲線的諧振頻率相一致，均在22.8 GHz附近，但是透射系數(shù)的數(shù)值相差甚遠(yuǎn)，在峰值處差距達(dá)到最大，分別為-12.2 dB和-38.9 dB。這一現(xiàn)象說明利用仿真的手段能夠預(yù)測諧振頻點的位置；對于二維織物基FSS，織物表面的粗糙度以及經(jīng)緯紗按一定緊度的排列不會對諧振頻率帶來較大影響；增大導(dǎo)電層的電導(dǎo)率會使諧振峰值顯著增強(qiáng)。

2.3 織物基FSS的其他成形方法

上述實驗提供了一種二維織物基FSS的成形方法，而借鑒傳統(tǒng)電磁屏蔽織物的研究思路，在織物上獲得非完整導(dǎo)電層的技術(shù)方法還有很多。從選擇原料和成形工藝上看，主要分為利用局部金屬化技術(shù)在普通織物表面獲得周期導(dǎo)電單元，此時織物作為柔性基底；利用紡織品自成形技術(shù)，將非導(dǎo)電和導(dǎo)電絲或紗周期交織制得具有周期單元的織物，此時FSS結(jié)構(gòu)鑲嵌在織物內(nèi)部。

具體來講，可分為4種類型：1)導(dǎo)電物質(zhì)直接在織物上形成導(dǎo)電圖案：即利用選擇性化學(xué)鍍，導(dǎo)電涂料絲網(wǎng)印花，導(dǎo)電長絲電腦繡花，掩模法氣相沉積金屬元素，掩模法離子濺射，導(dǎo)電墨水噴墨打印以及采用含導(dǎo)電粉體的熱塑性材料進(jìn)行三維打印，導(dǎo)電纖維提花織造立絨、簇絨、間隔織物等方法，實現(xiàn)平面或立體的FSS圖案；2)導(dǎo)電層先形成圖案再復(fù)合到織物，即利用激光刻蝕、電腦刻繪機(jī)切割等方法將金屬箔、特別是帶有粘合層的金屬箔按照設(shè)計刻出圖案，再通過壓燙將金屬箔圖案粘合到織物，形成織物基FSS；3)導(dǎo)電層先復(fù)合到織物再形成圖案：利用激光或者刻繪機(jī)技術(shù)雕刻已復(fù)合好金屬箔層的織物，然后按照得到的FSS切割輪廓線，剝落多余的金屬箔，得到織物基FSS；或者將燙金紙熱熔粘結(jié)層與織物密貼，并用一個凸版加熱花輥加熱并施壓，使凸版花紋對應(yīng)的粘結(jié)層熔融并粘接到織物上，而花輥的凹陷部分未實施粘接，此后再將燙金紙撕去，即在織物上留下與花輥凸起部分相同的導(dǎo)電圖案；4)紡織品自身成形技術(shù)：利用機(jī)織、針織或者編織等技術(shù)將普通長絲或紗線與導(dǎo)電絲或紗周期交織，形成織物基FSS。

從上面的分析可知，織物基FSS的成形技術(shù)是極其便利的，這為研究者提供了很好的實驗條件，可充分探討結(jié)構(gòu)及材料參數(shù)對頻響特性的影響；同時可利用單一或者組合技術(shù)實現(xiàn)織物基FSS，結(jié)合實用條件確定最優(yōu)工藝，為基于織物基FSS的產(chǎn)品開發(fā)提供技術(shù)保證。

3 織物基FSS的應(yīng)用前景

通過對FSS研究基礎(chǔ)及上述實驗結(jié)果的分析和探討，證實了研究思路的有效性。利用傳統(tǒng)的數(shù)值求解及軟件模擬的手段能夠優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定材料屬性，以此指導(dǎo)織物基FSS的設(shè)計；利用多種成形技術(shù)能實現(xiàn)織物基FSS，并可依據(jù)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試和表征。綜上可知，對織物基FSS的深入研究和產(chǎn)品開發(fā)是完全可行的。

織物基FSS兼具頻率選擇特性與紡織材料的質(zhì)輕、柔軟、剛度低等特點，使其在諸多領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用前景。一些研究學(xué)者對其應(yīng)用進(jìn)行了初步探討，如基于織物基FSS的吸波材料可集成到帳篷、服裝、裝飾制品等紡織品上，實現(xiàn)可移動軍事設(shè)施的電磁屏蔽與防護(hù)、軍事偽裝與隱身等多種功能；基于織物基FSS開發(fā)的電子織物天線可實現(xiàn)無線監(jiān)控、快速定位等功能；新型織物基FSS可應(yīng)用于通信窗，其結(jié)構(gòu)簡單、安裝便捷、響應(yīng)迅速等優(yōu)點可滿足便攜性和靈活性的特殊需求等[21,23]。

對于織物基FSS的研究剛剛起步，真正實現(xiàn)規(guī)模性應(yīng)用還需長期的努力。后期研究工作應(yīng)圍繞以下幾方面展開：完善平面織物基FSS的研究體系，進(jìn)一步探討設(shè)計及成形方法；過渡至曲面及三維立體FSS的結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系、加工技術(shù)及測試評價方面的研究，拓展應(yīng)用載體；結(jié)合特殊需求進(jìn)行基于織物基FSS的產(chǎn)品開發(fā)，綜合考慮電磁功能性與力學(xué)或者熱濕等其他特性。

4 結(jié) 論

從對FSS研究基礎(chǔ)的總結(jié)分析、導(dǎo)電漿涂層印花的實驗探討以對織物基FSS的前景展望3個方面展開研究工作，得到了一些基本結(jié)論，主要有以下幾個方面。

1)FSS應(yīng)用于柔性紡織材料的研究較少，而該方面的研究具有較強(qiáng)的實用價值和極其便利的基礎(chǔ)條件。

2)結(jié)構(gòu)單元尺寸、方阻(金屬層導(dǎo)電性及厚度)會影響織物基FSS的頻率選擇特性，其他參數(shù)的影響規(guī)律需進(jìn)一步探討。

3)傳統(tǒng)的FSS設(shè)計手段能夠為織物基FSS的設(shè)計提供參考，而借鑒于傳統(tǒng)電磁屏蔽的多種成形技術(shù)為實驗研究及產(chǎn)品開發(fā)提供了技術(shù)保證。

4)織物基FSS在吸波材料、電子織物天線、通信窗等領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景，但真正實現(xiàn)規(guī)模性應(yīng)用還需研究者長期的努力。

FZXB

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Fabrication and application of fabric based frequency selective surface

GUAN Fuwang1，XIAO Hong2，SHI Meiwu1，2，WANG Fumei1

(1.CollegeofTextiles,DonghuaUniversity,Shanghai201620,China; 2.TheQuartemasterResearchInstituteoftheGeneralLogisticsDepartmentofthePLA,Beijing100010,China)

By analyzing the research status of traditional frequency selective surface,the necessity of research on novel fabric based frequency selective surface was illustrated.Conductive adhesive coating printing experiment was conducted to make fabric based circular-ring-shaped frequency selective surface samples and the transmission coefficients were tested using Shielding Room Method within the range of 18-26.5 GHz.The influence rules of internal radius and conductivity as well as coating thickness of metal layer on the transmission characteristics were compared and analyzed,and relevant experiment results confirmed the feasibility and validity to study fabric based frequency selective surface.Also,by comparing measured and simulated results,it could be found that conventional design methods applied to fabric based frequency selective surface to some extent.Based on the frequency response characteristics and the basic properties of textiles,such as lightweight,softness and low-rigidity features,the application prospects of fabric based frequency selective surface in wave-absorbing material,fabric antenna and communication window aspects were explored.

frequency selective surface; transmission coefficient; frequency response characteristics; electromagnetic functional fabric; metallization process

10.13475/j.fzxb.20151101308

2015-09-05

2015-12-08

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金資助項目(CUSF-DH-D-2015005)

關(guān)福旺(1988—)，男，博士生。主要研究方向為新型電磁功能紡織材料的設(shè)計和開發(fā)。施楣梧，通信作者，E-mail：shimeiwu@263.net.cn。

TS 106

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