第 D0L10.13475/5.fb.20161100310 新型立绒织物频率选择表面频响特征影响因素 王亚静2，肖红2，程焕焕，施楣梧2，王群，唐章宏3 (1.东华大学纺织学院，上海201620：2.中央军委后勤保障部军需装备研究所，北京100O82 3.北京工业大学材料学院.北京10012 摘要为探究具有柔性特点的频率选择表面的频响特性，以导电纱线为结构单元材科，采用立绒纺织加工手段 各型立绒织物频率选择表面，并对样品进行透射系数测试与分析，研究 单元结 行距、线毛高度、线毛斜角度增加，样品的东率均白低韩元 线毛 高频移动：单元底总长度同时心的个最儿手不影响织物的频率.但着相同U型单元的个数增加，谐 振顿率持向低领移动：当纤维作为结构单元材料时 处的健及带宽均大，而结更为规整的深铜 丝样品，其谐振峰则更加尖面陡。儿型立织物对入射角具有稳定性，但受极化方式影响较大 关键词U型立绒织物：频率选择表面：影响因素：频响特性 中图分举号：T106 文献标志码：A Influence factors of frequency response characteristics for new velvet fabric with frequency selective surface WANG Yajing,XIAO Hong',CHENG Huanhuan',SHI Meiwu WANG Qun',TANG Zhanghong' (1.College of Textiles,Donghua Unicersity.Shanghai 201620,China;2.The Ouar Institute of Logistics Support Department,Beijing 100082,China:3.College of Material,Beijing University of Technology.Beijing 100124.China) Abstract With the metallic yarns as the conductive structure unit material,the new frequency selective fabrics based on U velvet were papered by velvet weaving method to explore the frequency response characteristics of flexible frequency selective surface.By testing and analyzing transmission coefficient of samples inflence factors of frequency response characteristies were studied.With the inerease of unit structure siz spacing,velvet heigh clination angle of te sting,the resonant frequency shitts to uency,th of the as nd vet resonant peak are copp y olarization of the angle o but has a great words velvet fabrie:frequency selective surface; influence factor; espon 收稿日期：2016-10-31 修回日期 2016-11-17 金项目：因家 7321 vip.sina 1994-2018 China Aeademic Joural Electronic Publishing House.All rights reserved. http://www.enki.ne
第 38 卷 第 2 期 2017 年 2 月 纺 织 学 报 Journal of Textile Ｒesearch Vol． 38，No． 2 Feb． ，2017 DOI: 10. 13475 /j． fzxb． 20161100310 新型立绒织物频率选择表面频响特征影响因素 王亚静1，2 ，肖 红2 ，程焕焕1 ，施楣梧2 ，王 群3 ，唐章宏3 ( 1． 东华大学 纺织学院，上海 201620; 2． 中央军委后勤保障部军需装备研究所，北京 100082; 3． 北京工业大学 材料学院，北京 100124) 摘 要 为探究具有柔性特点的频率选择表面的频响特性，以导电纱线为结构单元材料，采用立绒纺织加工手段， 制备 U 型立绒织物频率选择表面，并对样品进行透射系数测试与分析，研究频响特征的影响因素。单元结构尺寸、 行距、绒毛高度、绒毛倾斜角度增加，样品的谐振频率均向低频移动; U 型单元导电纱线绒毛密度增加，谐振频率向 高频移动; 单元底部总长度相同时，U 型的个数几乎不影响织物的谐振频率，但随着相同 U 型单元的个数增加，谐 振频率持续向低频移动; 当镀银纤维作为结构单元材料时，其谐振处的峰值及带宽均较大，而结构更为规整的裸铜 丝样品，其谐振峰则更加尖锐而陡峭。U 型立绒织物对入射角具有稳定性，但受极化方式影响较大。 关键词 U 型立绒织物; 频率选择表面; 影响因素; 频响特性 中图分类号: TS 106 文献标志码: A Influence factors of frequency response characteristics for new velvet fabric with frequency selective surface WANG Yajing1，2 ，XIAO Hong2 ，CHENG Huanhuan1 ，SHI Meiwu2 ， WANG Qun3 ，TANG Zhanghong3 ( 1． College of Textiles，Donghua University，Shanghai 201620，China; 2． The Quartermaster Equipment Ｒesearch Institute of Logistics Support Department，Beijing 100082，China; 3． College of Material，Beijing University of Technology，Beijing 100124，China) Abstract With the metallic yarns as the conductive structure unit material，the new frequency selective fabrics based on U velvet were papered by velvet weaving method to explore the frequency response characteristics of flexible frequency selective surface． By testing and analyzing transmission coefficient of samples，influence factors of frequency response characteristics were studied． With the increase of unit structure size，line spacing，velvet height or inclination angle of testing，the resonant frequency shifts to low frequency，the density of the conductive yarns is increased，and the resonant frequency is moved to the high frequency，with the same unit bottom length，the resonant frequency of different U connections has little change． The increasing of the number of the same U connecting leads to the lower frequency． When silver fiber is used as the unit conductive material，the resonance peak and bandwidth of the sample are larger． And the resonant peak of bare copper wire samples is sharper and steeper． U type velvet fabric has the stability performance of the angle of incidence，but has a great influence on the way of polarization． Keywords U-type velvet fabric; frequency selective surface; influence factor; frequency response characteristic 收稿日期: 2016 － 10 － 31 修回日期: 2016 － 11 － 17 基金项目: 国家自然科学基金项目( 51673211) 作者简介: 王亚静( 1991—) ，女，硕士生。主要研究方向为电磁功能周期结构纺织材料。肖红，通信作者，E-mail: 76echo@ vip． sina． com
第2期 王亚静等：新型立绒织物频率选择表面频响特征影响因素 .91· 频率选择表面(frequeney selective surfaces 性、反射系数、透射系数等。频响特性受多因素 SS)是一种一维或二维排列的周期结构。传统 影响，单元形状、周期尺寸及介质的电磁性能（与 的SS结构单元为金属贴片或金属孔径。其中 介质厚度、材料、加载方式相关)是频响特性的决 贴片型结构SS对谱指频率附近的申磁波表现 定性因素20。实际应用中，入射波角度和极化 方式未知不可控，所以FSS的入射角和极化稳定 性也至关重要 的金属单元结构。通过设计电磁功能 1.2.1单元设计 材料、单元尺寸、排列参数等指标，获取特定谐振 1)单元形状及其尺寸。不同单元形状的SS 点和带宽、多频、角度稳定、小型化等特性 频响特性不同.如天线理论中，偶极子单元不同粗细 以金属材料作为结构单元的SS,通过电路板印 刷、化学刻 、金属材料涂层等技术制 各9-，具 振子使相同极化和入射条件下的谐振点不同。Y型 S对入射角稳定性相对较好，但极化稳定性 有材质硬、质量重、加工灵活性差的缺点，因而 不太好四。除此之外，立绒F的单元设计还包括 制备轻质柔性的电磁功能周期结构频率选择织 绒毛密度、绒毛倾斜角度、U型连通情况等参数。相 物(SF)具有重要意义。 同单元形状，单元长度、高度不同的FSS,也会有不 基于人工电磁媒质，以导电纱线为结构单元材 同的谐振现象 料，普通纤维为介质材料，采用纺织加工手段，制 2)排列方式及其单元间距。结构单元的排列 具有周期结构电磁功能纺织材料，其兼其易制备、质 方式也称栅格形式。二维栅格排列一般分为矩形栅 轻、柔软、带通频率可设计等特性 ,应用于可联藏 格和三角形栅格2种。由于单元形状的性能差别， 天线、通信窗、功能织物等领域- 不同单元话用不同排列形式。偶极子形、方环形和 近年来，诸名学者采用机织可、针织、 圆环形等单元一般采用矩形栅格，而Y形、六边形 绣，丝网印刷、喷墨打印m,选择性化学镀 等宜采用三角形排列形式。单元间距比单元尺寸对 等纺织加工手段，制备了各种频响特性的平面周斯 频响特性的影响要小。当单元间距变大时，谐振频 结构纺织品（二维F,并取得了初步的研究成果 率开始向低频方向移动，随后移动幅度变小四。当 与二维FSF相比，立体周期结构织物（三维FS)具 单元间距增大到一定程度时，单元间的耦合效应可 有更多的结构设计参数、角度稳定性等特点。肖红 以忽略 率变化不明显。 等已探究出由偶极子高度方向延伸而得的 1.2.2材料与工艺 FSF,具有双 等特点：文献19]也有相关 )材料的电磁参数。包括周期结构的金属结 道，本文将进一步系统研究U型立线三维FSF的 构材料和介质层材料。对于二维FSS来说，除了结 频响特性影响因素。 构单位形状及尺寸，介质层材料的相对介申常数、相 对磁导率、损耗角以及金属单元的电导率等电磁性 1立绒FS 能参数均影响周期结构的频响特性。如金属材料的 电导率越大，对电磁波损耗就越大，谐振峰的透射系 1.1立绒FSF的特点 数绝对值越大。 探究的立绒织物基本单元为U型立体结构.是 2)介质层。其影响因素包括介质的材料、厚度 由偶极子单元两端点沿垂直单元长度方向延伸而 和介质加载方式。随介质板厚度增加，谐振带宽越 得。基于立绒织物的 建FSS,相比普通金属单 大，谐振频率先下降后回升 介质加载方式一般 结构的三维SS,具有轻质、易制备以及其他材料难 可分为3种：介质作为基底材料加载、夹心结构加载 以达到柔性2.，网的特点：相比于二维下SS,在尺寸上 和多层加载。多层电磁材料加载的巧妙设计可具有 具有三维设计空间，增加了设计维度。 宽带、低入射损耗、高选择性、低轮廊或入射角度和 1.2立绒FSF的频响特征影响因素 版化稳定等特性 频响特性是影响FSS最重要的性能，是指 3)织造工艺。运用针织、机织、刺绣、选择性化 FSS对入射电磁波的反射、透射，吸收、谐振和极 学镀、喷墨打印、丝网印刷等纺织工艺，织造具有电 化等现象随电磁波频率发生变化的性能，主要指 磁特性的周期结构织物。本文中的立绒FSF,采用 标有诺振频率、阻带带宽或传输带宽及其稳定 U型立绒加丁方式讲行制各 1994-2018 China Academic Joumal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.enkine
第 2 期 王亚静 等: 新型立绒织物频率选择表面频响特征影响因素 频 率 选 择 表 面 ( frequency selective surfaces， FSS) 是一种一维或二维排列的周期结构。传 统 的 FSS 结构单元为金属贴片或金属孔径。其中， 贴片型结 构 FSS 对谐振频率附近的电磁波表现 为全 反 射，孔 径 型 FSS 表 现 为 全 透 射［1］。关 于 FSS 的研究，目前大都为单层［2 － 3］、多层［4 － 5］以及 立体［6 － 7］的金属单元结构。通过设计电磁功能 材料、单元尺寸、排列参数等指标，获取特定谐振 点和带 宽、多 频、角 度 稳 定、小 型 化 等 特 性［4，8］。 以金属材料作为结构单元的 FSS，通过电路板印 刷、化学刻蚀、金属材料涂层等技术制备［9 － 10］，具 有材质硬、质 量 重、加工灵活性差的缺点，因 而， 制备轻质柔性的电磁功能周期结构频率选择织 物( FSF) 具有重要意义。 基于人工电磁媒质，以导电纱线为结构单元材 料，普通纤维为介质材料，采用纺织加工手段，制备 具有周期结构电磁功能纺织材料，其兼其易制备、质 轻、柔软、带通频率可设计等特性［11］，应用于可穿戴 天线、通信窗、功能织物等领域［12 － 13］。 近年 来，诸多学者采用机织［13］、针织［14］、刺 绣［15］、丝网印刷［16］、喷墨打印［17］、选择性化学镀［14］ 等纺织加工手段，制备了各种频响特性的平面周期 结构纺织品( 二维 FSF) ，并取得了初步的研究成果。 与二维 FSF 相比，立体周期结构织物( 三维 FSF) 具 有更多的结构设计参数、角度稳定性等特点。肖红 等［18］已探究出由偶极子高度方向延伸而得的三维 FSF，具有双频效应等特点; 文献［19］也有相关报 道。本文将进一步系统研究 U 型立绒三维 FSF 的 频响特性影响因素。 1 立绒 FSF 1. 1 立绒 FSF 的特点 探究的立绒织物基本单元为 U 型立体结构，是 由偶极子单元两端点沿垂直单元长度方向延伸而 得。基于立绒织物的三维 FSS，相比普通金属单元 结构的三维 FSS，具有轻质、易制备以及其他材料难 以达到柔性［12，19］的特点; 相比于二维 FSS，在尺寸上 具有三维设计空间，增加了设计维度。 1. 2 立绒 FSF 的频响特征影响因素 频响 特 性 是 影 响 FSS 最 重 要 的 性 能，是 指 FSS 对入射电磁波的反射、透射、吸收、谐振和极 化等现象随电磁波频率发生变化的性能，主要指 标有谐 振 频 率、阻带带宽或传输带宽及其稳定 性、反射系 数、透 射 系 数 等。频 响 特 性 受 多 因 素 影响，单元形状、周期尺寸及介质的电磁性能( 与 介质厚度、材料、加载方式相关) 是频响特性的决 定性因 素［20］。实际 应 用 中，入射波角度和极化 方式未知不可控，所以 FSS 的入射角和极化稳定 性也至关重要。 1. 2. 1 单元设计 1) 单元形状及其尺寸。不同单元形状的 FSS 频响特性不同，如天线理论中，偶极子单元不同粗细 振子使相同极化和入射条件下的谐振点不同。Y 型 单元 FSS 对入射角稳定性相对较好，但极化稳定性 不太好［21］。除此之外，立绒 FSF 的单元设计还包括 绒毛密度、绒毛倾斜角度、U 型连通情况等参数。相 同单元形状，单元长度、高度不同的 FSS，也会有不 同的谐振现象。 2) 排列方式及其单元间距。结构单元的排列 方式也称栅格形式。二维栅格排列一般分为矩形栅 格和三角形栅格 2 种。由于单元形状的性能差别， 不同单元适用不同排列形式。偶极子形、方环形和 圆环形等单元一般采用矩形栅格，而 Y 形、六边形 等宜采用三角形排列形式。单元间距比单元尺寸对 频响特性的影响要小。当单元间距变大时，谐振频 率开始向低频方向移动，随后移动幅度变小［22］。当 单元间距增大到一定程度时，单元间的耦合效应可 以忽略，谐振频率变化不明显。 1. 2. 2 材料与工艺 1) 材料的电磁参数。包括周期结构的金属结 构材料和介质层材料。对于二维 FSS 来说，除了结 构单位形状及尺寸，介质层材料的相对介电常数、相 对磁导率、损耗角以及金属单元的电导率等电磁性 能参数均影响周期结构的频响特性。如金属材料的 电导率越大，对电磁波损耗就越大，谐振峰的透射系 数绝对值越大［22］。 2) 介质层。其影响因素包括介质的材料、厚度 和介质加载方式。随介质板厚度增加，谐振带宽越 大，谐振频率先下降后回升［23］。介质加载方式一般 可分为 3 种: 介质作为基底材料加载、夹心结构加载 和多层加载。多层电磁材料加载的巧妙设计可具有 宽带、低入射损耗、高选择性、低轮廓或入射角度和 极化稳定等特性［24］。 3) 织造工艺。运用针织、机织、刺绣、选择性化 学镀、喷墨打印、丝网印刷等纺织工艺，织造具有电 磁特性的周期结构织物。本文中的立绒 FSF，采用 U 型立绒加工方式进行制备。 · 19 ·
·92 纺织学报 第38卷 电磁波入射角不同时，S5须响特性不同，入射 角对其对称结构的频响特性影响不大。对于开槽方 2 实验部分 形单元FSS.随由磁波入射角增加.TE(transvers lectric)波极化的诺振烦率逐渐增加.带宽逐渐降 2.1实验材料 低：TM( ic)波极化的谐振频率变化 本文中实验所用纱线相关参数详见表1所示。 不明显，但带宽逐渐增 若无特殊说明，实验所用纱线股数参考表1。 表1实验所用材料及其参数 Tab.I Materials used in experiments and their parameters 编号 单直径 外层银 单沙口股线钱窑度x胶数 普通长丝 10.2 10.2×16 裸铜丝 L.00×10 113x10- 92 185mx8 2.2样品制备 表2 2.2.1金属纱线模型样品制备 Tab.2 lel prep 0 mples with 2.2.1.1不同结构尺寸与材料的模型样品为了 探究单元结构尺寸及材料对SF须响特性的影响 样品单元长行距D,间距D/高度h/ 材料 第号度L/mn 采用镀银长丝制作不同高度、尺寸、，绒毛密度的织物 模型样品：采用不同纱线如不锈钢包芯纱、不锈钢混 纺纱、镀银长丝、普通锦纶长丝制备不同材料的模型 橙假长 样品，进行测试对比分析。SF的单元结构均为U 型 示意图、实物图分别如图1、2所示，具体实验 案见表2所示。 镀银长 26 86 66 66 D-n5 不锈钢1 H 图1基于单U型单元三维Ss模型示 意图 2.2.1.2 不同绒毛密度的模型样品 导电纱线的 Fig. 绒毛紫度用U型结构中不同殿数的导申纱线表征 3-pcn 文献[18]中，已经对比分折了3种绒毛密度的下SF」 本文拓展至5种不同绒毛密度的SF,以更加完普 地讨论其谐振现象的变化规律。 样品尺寸参数均为 L=h=9mm,D.=D.=6mm独立U型单元结构 结构单元由单股纱线合股而成，其中单股线密度为 10.2【ex.合股纱线线紫度为4、102,163、224、286ex 的样品，分别编号为Ag51#、Ag2#、Ag53#、g a)正面 c)反 #、Ag55#。实物如图2所示，基布是普通涤纶 图2金属纱线模型样品实物图 布，用聚乙烯(PE)泡沫板支撑纱线，防止纱线倒伏： maps of metallic yam model sampl 2.2.1.3不同绒毛倾斜角度的楼型样品图3示 (a)Front:(b)Side;(e)Bac 出绒毛倾斜示意图及伍意角度绒毛倾斜样品实物 1994-2018 China Academic Joumal Electronic Publishing House All rights rved. http://www.cnki.ne
纺织学报 第 38 卷 电磁波入射角不同时，FSS 频响特性不同，入射 角对其对称结构的频响特性影响不大。对于开槽方 形单元 FSS，随电磁波入射角增加，TE ( transverse electric) 波极化的谐振频率逐渐增加，带宽逐渐降 低; TM( trousverse magnetic) 波极化的谐振频率变化 不明显，但带宽逐渐增加。 2 实验部分 2. 1 实验材料 本文中实验所用纱线相关参数详见表 1 所示。 若无特殊说明，实验所用纱线股数参考表 1。 表 1 实验所用材料及其参数 Tab． 1 Materials used in experiments and their parameters 编号 名称 组分 单纱直径/μm 电阻率/( Ω·m) 单纱线密/tex 股线线密度 × 股数 1 镀银长丝 内芯丝锦纶，外层镀银 35 4. 36 × 10 － 7 10. 2 10. 2 tex × 16 2 普通长丝 锦纶 35 ∞ 10. 2 10. 2 × 16 3 裸铜丝 铜 100 1. 00 × 10 － 8 － － 4 不锈钢包芯纱 棉/不锈钢纤维( 70 /30) 60 2. 50 × 10 － 6 9. 2 18. 5 tex × 8 5 不锈钢混纺纱 棉/不锈钢纤维( 70 /30) 60 1. 13 × 10 － 4 9. 2 18. 5 tex × 8 2. 2 样品制备 2. 2. 1 金属纱线模型样品制备 2. 2. 1. 1 不同结构尺寸与材料的模型样品 为了 探究单元结构尺寸及材料对 FSF 频响特性的影响， 采用镀银长丝制作不同高度、尺寸、绒毛密度的织物 模型样品; 采用不同纱线如不锈钢包芯纱、不锈钢混 纺纱、镀银长丝、普通锦纶长丝制备不同材料的模型 样品，进行测试对比分析。FSF 的单元结构均为 U 型，示意图、实物图分别如图 1、2 所示，具体实验方 案见表 2 所示。 图 1 基于单 U 型单元三维 FSS 模型示意图 Fig． 1 Sketch of single U velvet 3-D periodic structure fabric model based on copper wire 图 2 金属纱线模型样品实物图 Fig． 2 Physical maps of metallic yarn model sample． ( a) Front; ( b) Side; ( c) Back 表 2 不同结构参数纱线样品的模型制备 Tab． 2 Model preparation of yarn samples with different structural parameter 样品 编号 单元长 度 L /mm 行距 Dy / mm 间距 Dx / mm 高度 h / mm 材料 A-h0-# 6 6 6 0 镀银长丝 A-h1-# 6 6 6 3 镀银长丝 A-h2-# 6 6 6 6 镀银长丝 A-h3-# 6 6 6 9 镀银长丝 B-y1-# 6 3 6 6 镀银长丝 B-y2-# 6 6 6 6 镀银长丝 B-y3-# 6 9 6 6 镀银长丝 C-s1-# 2 2 2 3 镀银长丝 C-s2-# 6 6 6 3 镀银长丝 C-s3-# 8 8 8 3 镀银长丝 D-m1-# 6 6 6 6 镀银长丝 D-m2-# 6 6 6 6 铜丝 D-m3-# 6 6 6 6 普通锦纶长丝 D-m4-# 6 6 6 3 镀银长丝 D-m5-# 6 6 6 3 不锈钢包芯纱 D-m6-# 6 6 6 3 不锈钢混纺纱 2. 2. 1. 2 不同绒毛密度的模型样品 导电纱线的 绒毛密度用 U 型结构中不同股数的导电纱线表征。 文献［18］中，已经对比分析了 3 种绒毛密度的 FSF， 本文拓展至 5 种不同绒毛密度的 FSF，以更加完善 地讨论其谐振现象的变化规律。样品尺寸参数均为 L = h = 9 mm，Dx = Dy = 6 mm 独立 U 型单元结构。 结构单元由单股纱线合股而成，其中单股线密度为 10. 2 tex，合股纱线线密度为 4、102、163、224、286 tex 的样品，分别编号为 Ag-S1-#、Ag-S2-#、Ag-S3-#、AgS4-#、Ag-S5-#。实物如图 2 所示，基布是普通涤纶 布，用聚乙烯( PE) 泡沫板支撑纱线，防止纱线倒伏。 2. 2. 1. 3 不同绒毛倾斜角度的模型样品 图 3 示 出绒毛倾斜示意图及伍意角度绒毛倾斜样品实物 · 29 ·
第2期 王亚静等：新型立绒织物频率选择表面频响特征影响因素 ·93 图。为探究绒毛倾斜角度对诰振的影响，将16股的 U型三维FSF的AgS3#,取下1-2层1mm厚的 亚泡沫板，沿单元长度L延伸方向从外向内依次拉 扯未取下的E泡沫板，使固定在PE泡沫板里的绒 L→LJ 毛倾斜至设定角度，形成不同绒毛倾斜角度的 b)不同U个数同单元长不河U醒个 三维SF:之后，剪下U型绒毛倾斜SF中的偶极 图4U型连通方式示意图 子，探究不同绒毛倾斜角度下U型及单独双立柱单 Fig.4 Sketch of differ (a 元结构SF的频响特性。 nne with bott (b)Num 人4 不 )毛顿斜 a正面 )反面 图5U型立绒织物正面和反面 皖毛理立柱知 Fig.5 Positive U velvet FS (a)Front:(b)Bac 表3不同连通方式的织物样品参数 Tab Parame s with different (心绒毛任意角度样品安物 样品 (=)/单元高度连通 方式 缆假长 Fig.3 () of velve 12 双U 皱银长： (e) ample wit ngle of velvet 18 双U 被银长丝 12 陵银长丝 任意角绒毛的样品，是指绒毛倾斜角度不同、倾 所示。根据GB6190一2008《电磁屏蔽材料屏蔽效 斜方向不一，取下支摔绒毛的所有PE泡沫板，对样 能测量方法》，设置测试环境条件，有效测试试样大 品讲行手工随意角度压绒处理，使得绒毛倾斜角度 小为18cm×18cm。 各不相同，如图3（©）所示 2.2.2立绒周期结构织物样品制备 以上实验样品中的单元结构均为独立U型，现 探究U型结构单元多样的连通方式，如图4所示 以小样机制各的簇绒地毯作基底介质，镀银纱线 成U型结构单元，制备不同连通方式的U型立绒 SF,立绒SF如图5所示，参数见表3所示。 2.3测试方法 图6屏敲室法测试系统实测图 and 本文实验采用屏蔽室法测试透射系数。测试系 统包括安捷伦E8257D信号发生器、E74O5AEMC频 盖分析仪、州叭天线和吸波屏等，测试系统图加图6 透射系数计算公式为 1994-2018 China Academic Joumal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.enkine
第 2 期 王亚静 等: 新型立绒织物频率选择表面频响特征影响因素 图。为探究绒毛倾斜角度对谐振的影响，将 16 股的 U 型三维 FSF 的 Ag-S3-#，取下 1 ～ 2 层 1mm 厚的 PE 泡沫板，沿单元长度 L 延伸方向从外向内依次拉 扯未取下的 PE 泡沫板，使固定在 PE 泡沫板里的绒 毛倾斜至设定角度 θ，形成不同绒毛倾斜角度的 U 型三维 FSF; 之后，剪下 U 型绒毛倾斜 FSF 中的偶极 子，探究不同绒毛倾斜角度下 U 型及单独双立柱单 元结构 FSF 的频响特性。 图 3 绒毛倾斜示意图及任意角度绒毛 倾斜样品实物图 Fig． 3 Schematic diagram of incline of velvet and physical map of arbitrary angle of velvet． ( a) Inclination of velvet; ( b) Inclination of double-column velvet; ( c) Photograph of sample with random angle of velvet 任意角绒毛的样品，是指绒毛倾斜角度不同、倾 斜方向不一，取下支撑绒毛的所有 PE 泡沫板，对样 品进行手工随意角度压绒处理，使得绒毛倾斜角度 各不相同，如图 3( c) 所示。 2. 2. 2 立绒周期结构织物样品制备 以上实验样品中的单元结构均为独立 U 型，现 探究 U 型结构单元多样的连通方式，如图 4 所示。 以小样机制备的簇绒地毯作基底介质，镀银纱线构 成 U 型结构单元，制备不同连通方式的 U 型立绒 FSF，立绒 FSF 如图 5 所示，参数见表 3 所示。 2. 3 测试方法 本文实验采用屏蔽室法测试透射系数。测试系 统包括安捷伦 E8257D 信号发生器、E7405AEMC 频 谱分析仪、喇叭天线和吸波屏等，测试系统图如图 6 图 4 U 型连通方式示意图 Fig． 4 Sketch of different U connecting． ( a ) Sample with bottom unconnectivity; ( b) Number of different U type; ( c) Different U type number with same unit bottom length 图 5 U 型立绒织物正面和反面 Fig． 5 Positive and negative of U velvet FSF． ( a) Front; ( b) Back 表 3 不同连通方式的织物样品参数 Tab． 3 Parameters of samples with different connection ways 样品 编号 单元 长度 L /mm 间距 ( Dx = Dy ) / mm 单元高度 h /mm 连通 方式 所用结 构材料 D-u1-6# 6 6 9 U 镀银长丝 D-u2-6# 12 6 9 双 U 镀银长丝 D-u3-6# 18 6 9 三 U 镀银长丝 D-u1-9# 9 6 9 U 镀银长丝 D-u2-9# 18 6 9 双 U 镀银长丝 D-u1-12# 12 6 9 U 镀银长丝 所示。根据 GJB 6190—2008《电磁屏蔽材料屏蔽效 能测量方法》，设置测试环境条件，有效测试试样大 小为 18 cm × 18 cm。 图 6 屏蔽室法测试系统实测图 Fig． 6 Schematic diagram and measured diagram of testing system for transmission coefficient 透射系数计算公式为 · 39 ·
·94 纺织学报 第38卷 =10g,10 5 式中：P,为放置样品测试的接收功率，dBmP为置 空处的接收功率，dBm:S2,为透射系数，dB 3实验结果及分析 3.1结构尺寸 3.1.1单元行距 20 6 8 G 2141618 保持单元间距D.=6mm和单元高度h=6mm 不变，制作单元行距D,分别为3、6、9mm的样 图8不同结构单元尺寸样品透射系裂 品（依次对 B1,B24,B3 ,测试其透乐 系数，结果如图7所示。 amples with different unit 3.1.3立绒高度 在其他条件相同情况下，制作·型底部单元长 度为6mm,绒毛高度分别为036,9mm的立绒术村 品，测得其透射系数如图9所示。 理的 68 图7不同单元行距样品的透射系数 7 h3 随着绒毛行距D,的增加，诺振频率向低频移 动，带宽会明显变窄。当间距过大时，电磁波与绒毛 图9不同立绒高度样品的透射系数 之间发生诰振的几率减小，使得结构对电磁波的选 Fig.9 Transm coefficient results fo 拯性下隆。 amples with different velvet height 31.2单元尺寸 在D.=D,=6mm时，单位长度L=6mm情况 探究不同单元尺寸对其结构频响特性的影响 下，当h=0mm时，样品Ah0#为二准sS.样品透 绒高保持3mm,分别制备单元尺寸D.=D,=L= 射系数在2~18G出范围内接近于0，对该段电磁 2 mm(C)D =D ==6 mm(C2)D 波呈现透通性。随着绒毛高度的增加，等效电容和 D,=L=8mm(C3)的金属纱线样品（试样编号 电流均增加，如3.1.2所述，将分别导致谐振频率和 分别为A0#、Ah1#、Ah2#、Ah3),测得其透 带宽的变化。图9结果表明，绒毛高度增加使得诺 射系数如图8所示。 振顿率讯速向低频率移动日带窗变窄。 随着循环单元尺计的增加，谐振烦率会大大向低 3.2 频率移动，带宽也将逐渐变窄。带宽的变化与Ss的 结构材料 当单元结构尺寸相同(D.=D,=h=6mm)时 等效电容和电感有关，诰振频率的变化主要与等效电 分别采用不同结构材料如镀银长丝样品Dml#、裸 流密切相关，而单元间距的变化使其等效电容发生变 铜绰样品Dm2#、普通锦纶样品D3#先制备样品， 化，单位长度的变化引起等效电流的变化。 其透射系数的测试结果如图10(a)所示。当单元结 1994-2018 China Academic Joumal Electronic Publishing House All rights reserved http://www.cnki.ne
纺织学报 第 38 卷 S21 = 10lg 10 P1 10 10 P2 10 = p1 － p2 式中: P1 为放置样品测试的接收功率，dBm; P2 为置 空处的接收功率，dBm; S21为透射系数，dB。 3 实验结果及分析 3. 1 结构尺寸 3. 1. 1 单元行距 保持单元间距 Dx = 6 mm 和单元高度 h = 6 mm 不变，制 作 单 元 行 距 Dy 分别 为 3、6、9 mm 的 样 品( 依次对应 B-y1-#，B-y2-#，B-y3-#) ，测试其透射 系数，结果如图 7 所示。 图 7 不同单元行距样品的透射系数 Fig． 7 Transmission coefficient results for samples with different line spacing 随着绒毛行距 Dy 的增加，谐振频率向低频移 动，带宽会明显变窄。当间距过大时，电磁波与绒毛 之间发生谐振的几率减小，使得结构对电磁波的选 择性下降。 3. 1. 2 单元尺寸 探究不同单元尺寸对其结构频响特性的影响， 绒高保持 3 mm，分别制备单元尺寸 Dx = Dy = L = 2 mm( C-s1-#) ，Dx = Dy = L = 6 mm( C-s2-#) ，Dx = Dy = L = 8 mm( C-s3-#) 的金属纱线样品( 试样编号 分别为 A-h0-#、A-h1-#、A-h2-#、A-h3-#) ，测得其透 射系数如图 8 所示。 随着循环单元尺寸的增加，谐振频率会大大向低 频率移动，带宽也将逐渐变窄。带宽的变化与 FSS 的 等效电容和电感有关，谐振频率的变化主要与等效电 流密切相关，而单元间距的变化使其等效电容发生变 化，单位长度的变化引起等效电流的变化。 图 8 不同结构单元尺寸样品透射系数 Fig． 8 Transmission coefficient results for samples with different unit structure sizes 3. 1. 3 立绒高度 在其他条件相同情况下，制作 U 型底部单元长 度为 6 mm，绒毛高度分别为 0、3、6、9 mm 的立绒样 品，测得其透射系数如图 9 所示。 图 9 不同立绒高度样品的透射系数 Fig． 9 Transmission coefficient results for samples with different velvet height 在 Dx = Dy = 6 mm 时，单位长度 L = 6 mm 情况 下，当 h = 0 mm 时，样品 A-h0-#为二维 FSS，样品透 射系数在 2 ～ 18 GHz 范围内接近于 0，对该段电磁 波呈现透通性。随着绒毛高度的增加，等效电容和 电流均增加，如 3. 1. 2 所述，将分别导致谐振频率和 带宽的变化。图 9 结果表明，绒毛高度增加使得谐 振频率迅速向低频率移动且带宽变窄。 3. 2 结构材料 当单元结构尺寸相同( Dx = Dy = h = 6 mm) 时， 分别采用不同结构材料如镀银长丝样品 D-m1-#、裸 铜丝样品 D-m2-#、普通锦纶样品 D-m3-#制备样品， 其透射系数的测试结果如图 10( a) 所示。当单元结 · 49 ·