劉嘯嵐，羅旭東

（1.衡水學(xué)院，河北 衡水 053000；2.河北省濕地生態(tài)與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 衡水 053000；3.廣西師范大學(xué)職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院，廣西 桂林 541000）

1 背景介紹

織物是棉、麻及棉型化學(xué)短纖維經(jīng)紡紗后的織成物的總稱，是人類生產(chǎn)生活中必不可少的物品。如今，隨著人們對(duì)生活品質(zhì)追求的不斷提高，織物材料在電磁領(lǐng)域中已被廣泛運(yùn)用[1-4]。美國(guó)投資研制了新型偽裝織物材料，其原理是電磁波（包括光波）在傳播路徑上會(huì)在物體上發(fā)生散射，“量子”隱身織物材料把電磁波引導(dǎo)到其他方向，使其繞過(guò)該物體，從而看不到其內(nèi)部物體，達(dá)到隱身的效果[5-6]。在醫(yī)療健康方面，利用紡織材料作為電磁屏蔽材料和吸波材料，制作防護(hù)大褂、醫(yī)療設(shè)備的罩衣等[7]。近年來(lái)，我國(guó)已經(jīng)可以生產(chǎn)纖細(xì)軟和、輕易不會(huì)折斷的金屬纖維，能夠?qū)⑵渫瑒e的織物材料組合制造導(dǎo)電布料[8]，這將會(huì)為織物電磁特性及可穿戴織物天線的探究做出鋪墊。

對(duì)紡織材料的電磁特性研究在軍事、醫(yī)療、電子通信方面都有重要的意義?？椢锏难芯渴侨梭w無(wú)線通信發(fā)展的重要基礎(chǔ)，隨著紡織工藝和無(wú)線通信的發(fā)展和有效結(jié)合，對(duì)織物的電磁特性還需要深入的研究。

織物電磁參數(shù)對(duì)于天線、微波濾波器等結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)都具有重要影響。大多數(shù)織物是絕緣非磁性的，所以織物參數(shù)提取主要是指織物介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切的測(cè)量。了解介質(zhì)的電磁特性，是天線設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)特定性能指標(biāo)天線的前提。對(duì)織物介電常數(shù)進(jìn)行測(cè)試的方法通常包含頻域與時(shí)域兩類測(cè)試方法。其中，時(shí)域測(cè)量法主要包括電容測(cè)量法；頻域測(cè)量法中包括有傳輸線法、諧振腔法、自由空間法。

2 部分方法介紹

2.1 平行板法

平行板法測(cè)量織物介電常數(shù)，方法簡(jiǎn)單，對(duì)待測(cè)品的損傷性較小，缺點(diǎn)是由于紡織品的可壓性，兩平行板間距離不容易控制，影響測(cè)量的精確度。相對(duì)介電常數(shù)值可通過(guò)公式（1）來(lái)計(jì)算得到。其中，ε0為真空介電常數(shù)，εr為相對(duì)介電常數(shù)，s為平行板面積，d為兩平行板間距離。

2.2 同軸線終端開(kāi)路法

利用同軸線終端開(kāi)路法測(cè)量介質(zhì)介電常數(shù)，在同軸線終端接入被測(cè)物，電路模型包含了被測(cè)物對(duì)應(yīng)的等效電容與其他電容兩部分。

首先，在被測(cè)對(duì)象上連接同軸線探針，采用終端開(kāi)路模型獲得反射系數(shù)，具體表達(dá)式為：

對(duì)式（2）進(jìn)行反推可以得到復(fù)數(shù)形式的介電常數(shù)：

同軸線終端開(kāi)路法測(cè)量頻帶范圍寬，精確度高，但是由于需要校準(zhǔn)等步驟，方法較復(fù)雜，計(jì)算量較大。

2.3 傳輸線法

利用傳輸線法測(cè)量介電常數(shù)時(shí)，測(cè)試原理是當(dāng)介質(zhì)受到一個(gè)快速上升時(shí)間脈沖作用后將會(huì)產(chǎn)生特定的頻率響應(yīng)，從而獲得不同頻率下的相對(duì)介電常數(shù)與復(fù)磁導(dǎo)率變化情況。利用傳輸線法主要被用來(lái)測(cè)量有較高損耗的介質(zhì)，精度高，由于要將待測(cè)介質(zhì)卷入傳輸線內(nèi)腔中，該方法主要是對(duì)于待測(cè)品的形狀大小有較高要求，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的準(zhǔn)備工作也較復(fù)雜。

2.4 自由空間法

采用自由空間法不但可以有效測(cè)試介電常數(shù)寬頻帶參數(shù)，還可以測(cè)試介質(zhì)的取向程度，從而實(shí)現(xiàn)某些特殊測(cè)試的要求。此種方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的非損傷測(cè)試。自由空間法需要借助喇叭天線等輔助措施，導(dǎo)致測(cè)試樣品的邊緣部位易發(fā)生衍射效應(yīng)，從而影響測(cè)量結(jié)果的精確度。

3 方法對(duì)比

表1 為部分織物介電常數(shù)測(cè)量方法對(duì)比。

4 結(jié)論

本文介紹了背景，具體分析了部分織物電磁參數(shù)測(cè)量方法，最后對(duì)比了部分織物電磁參數(shù)測(cè)量方法。

表1 部分織物介電常數(shù)測(cè)量方法對(duì)比