（紡織材料與紡織品設計專業(yè)論文）抗電磁輻射織物的屏蔽效能測試方法.pdf

摘要 抗電磁輻射織物屏蔽效能的測試方法 摘要 隨著抗電磁輻射織物產生和發(fā)展，如何評價其屏蔽效能有著重要的現(xiàn)實 意義。本課題在測試抗電磁輻射織物的基本性能基礎上，利用法蘭同軸方法 測試抗電磁輻射織物對平面波的屏蔽效能；利用屏蔽室方法測試抗電磁輻射 織物分別對電場源、磁場源的屏蔽效能：通過分析抗電磁輻射織物的屏蔽效 能去分析兩種測試方法的可靠性，為如何評價抗電磁輻射織物的屏蔽效能提 供了基礎。主要研究內容如下： ( 1 ) 本篇論文首先對測試屏蔽材料屏蔽效能的幾種主要的測試方法進行回 顧和分析，并對目前抗電磁輻射織物主要評價方法同軸測試方法其優(yōu)缺 點進行簡要的分析和總結，并提出一種新的測試方法屏蔽室方法。 ( 2 1 分析抗電磁輻射織物的屏蔽原理，并對法蘭同軸測試方法和屏蔽室測試 方法的測試原理分別進行分析。 ( 3 ) 在平面波源下，用法蘭同軸測試抗電磁輻射織物的屏蔽效能，并進行重 復測試，得到不同次數(shù)和不同頻率下的屏蔽效能值，在3 0 1 5 0 0 m h z 頻率 范圍內，改變測量次數(shù)對屏蔽效能無影響，得出法蘭同軸測試方法重復性較 好；隨著表面比電阻和相對電導率變小屏蔽效能變大，測試結果與基本原理 一致。 ( 4 ) 利用屏蔽室方法分別測試6 個試樣的對電場源和磁場源屏蔽效能： 對于電場源： 在屏蔽室窗口取6 0 0 m m x 6 0 0 r a m 時，測試6 個試樣的屏蔽效能值，得到 在2 5 3 0 0 m h z 范圍，所有試樣測試結果穩(wěn)定性很差，鍍金屬的織物屏蔽效 能值穩(wěn)定性比加入不銹鋼纖維的織物屏蔽效能穩(wěn)定性好些，在3 0 0 3 0 0 0 m h z 范圍內，6 個樣品測試結果穩(wěn)定性較好； 對加入不銹鋼纖維的4 種織物，變化試樣與電磁波入射方向的角度測試試 樣屏蔽效能，對每個點的屏蔽效能有影響； 對不銹鋼織物試樣在1 0 0 0 3 0 0 0 m h z 范圍，改變發(fā)射天線和接收天線的 距離，得到發(fā)射天線和接收天線的距離在1 3 m 范圍，對每個點值有影響： 摘要 對于鍍鎳織物和不銹鋼纖維織物試樣，改變試樣尺寸測試，得出尺寸對鍍 鎳織物對每個點值有影響； 對于磁場源： 6 個試樣在3 0 m h z 以下，屏蔽效能值為0 ； ( 5 ) 對法蘭同軸測試方法與屏蔽室方法進行對比得出：法蘭同軸方法在 3 0 1 5 0 0 m h z 內對平面波測量結果較好，但是法蘭同軸只可以測試平面波的 屏蔽效能；屏蔽室方法可以測試一般電磁環(huán)境下，材料對電場源和磁場源的 屏蔽效能，在2 5 3 0 0 m h z 測試結果穩(wěn)定性很差，在3 0 0 3 0 0 0 m h z 測試結 果穩(wěn)定性較好。 ( 6 ) 討論抗電磁輻射織物屏蔽效能的測試方法：首先，依據(jù)織物的屏蔽頻 率范圍，確定使用何種方法合理；然后根據(jù)輻射源的特性，再確認何種測試 方法更為合理；最后合理的確定測試樣品的尺寸大小。 此外，論文對未來改進的屏蔽室測試方法和發(fā)展的趨勢作了簡單的探討。 關鍵詞：抗電磁輻射織物、屏蔽性能、測試方法、平面波、電場源、磁場源、 法蘭同軸方法、屏蔽室方法 l l 摘要 t h es t u d yo nt h e t e s tm e t h o d so fe l e c t r o m a g n e t i c s h i e l d i n g e f k c t i v e n e s sf a b r i e s a b s t r a c t a st h ee l e c t r o m a g n e t i c s h i e l d i n gf a b r i c sh a sd e v e l o p e d a n dc o m ei n t ob e i n g , i ti sv e r yi m p o a a n tt oe v a l u a t es h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s so f t h e m t h i s p a p e ri n v e s t i g a t e ds h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s s ( s e ) o fe l e c t r o m a g n e t i c s h i e l d i n gf a b r i c su n d e rp l a n ew a v eb yc o a x i a lp l a n a ra n du n d e re l e c t r i cf i e l d s o l a c eo r m a g n e t i c f i e l ds o a r c e b ye l e c t r o m a g n e t i c s h i e l d i n g e n c l o s u r e a n a l y z i n gs h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s so f t h ee l e c t r o m a g n e t i cs h i e l d i n gf a b r i c sc a n g e t t h er e l i a b i l i t yo fa b o v et w om e t h o d s t h e s el a i daf o u n d a t i o no nh o wt oe v a l u a t e s h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s so ff a b r i c s t h ef o l l o w i n g sa r et h em a i nr e s e a r c hw o r ki n t h i sp a p e r ( 1 ) f i r s t l y , t h i sp a p e r r e v i e w e da n da n a l y z e dm a i nt e s tm e t h o d sf o r s h i e l d i n g e f f e c t i v e n e s so f e l e c t r o m a g n e t i cs h i e l d i n gm a t e r i a l sa n ds u m m e du pt h ev i r t u e s a n d d i s a d v a n t a g e so f c o a x i a lp l a n a r - - m a i nt e s tm e t h o df o rd e t e r m i n i n gs h i e l d i n g e f f e c t i v e n e s so f e l e c t r o m a g n e t i cs h i e l d i n gf a b r i c s p u tf o r w a r dan e wm e t h o do f e l e c t r o m a g n e t i cs h i e l d i n ge n c l o s u r e ( 2 ) h a v i n ga n a l y z e dt h es h i e l d i n g p r i n c i p l eo fe l e c t r o m a g n e t i c s h i e l d i n g f a b r i c sa n dt h ep r i n c i p l e so f a b o v et w ot e s tm e t h o d s ( 3 ) u n d e rp l a n ew a v e ，s o m ev a l u eo fs h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s s ( s e ) o f e l e c t r o m a g n e t i cs h i e l d i n g f a b r i c sc a r lb e g o t u n d e rd i f f e r e n t f r e q u e n c y a n d d i f f e r e n tt e s t i n gt i m eb yc o a x i a lp l a n a rf a b r i c sr e p e a t e d l y t h er e s u l t so fa b o v e s ev a l u es h o w e dt h a tt h ef r e q u e n c yd o e s n ta f f e c tt h et e s tr e s u l t s s ot h ec o a x i a l p l a n a rh a sg o o dr e p e a t a b i l i t y ，t h et e s tr e s u l t ss h o w e di n c r e a s i n gw h i l es u r f a c e r e s i s t i v i t yd e c r e a s i n ga n da r ec o n s i s t e n tw i t ht h es h i e l d i n g p r i n e i p l e ( 4 ) t h et e s tm e t h o do f e l e c t r o m a g n e t i cs h i e l d i n ge n c l o s u r e ： f o re l e c t r i cf i e l ds o u c c ，w h i l et h ed i m e n s i o no fw i n d o wo f e l e c t r o m a g n e t i c s h i e l d i n ge n c l o s u r e i s 6 0 0 r a m 6 0 0 r a m ，b yt e s t i n gs h i e l d i n g e f f e c t i v e n e s s6 s a m p l e s ，t h er e s u l t ss h o w e dt h a ta l ls a m p l e sh a v en o tg o o dr e p e a t a b i l i t y f r o m i i 捅要 2 5 m h zt o3 0 0 m h z a n d g o o dr e p e a t a b i l i t y f r o m3 0 0m h zt o3 0 0 0m h z f o rf o u rs a m p l e sw i t hs t a i n l e s ss t e e l ，( b yc h a n g i n ga n g l eo fs a m p l ew i t h e l e c t r o m a g n e t i cw a v e ) ，t h e r e s u l t ss h o w e dt h ea n g l e a f f e c t st h et e s te f f e c t e v i d e n t l y f o rs t a i n l e s ss t e e lf a b r i c ，f r o m10 0 0m h z t o3 0 0 0m h z ，b yc h a n g i n gt h e d i s t a i l c eb e t w e e ne m i s 斫o na n t e n n aa n dr e c e i v i n ga n t e n n af r o ml m t o 3 m ，t h e r e s u i t ss h o w e dt h ed i s t a n c eh a sa f f e c tt h et e s te f f e c te v i d e n t l y f o rc o a t e dn i c k e lf a b r i ca n ds t a i n l e s ss t e e lf a b r i c ，t h er e s u l t ss h o w e d t h es i z e o fs a m p l ed oa f f e c tt h e t e s te f f e c te v i d e n t l y ； f o rm a g n e t i cf i e l ds o u r c e ，a l lt e s t e ds a m p l e sh a v en os h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s s ( 5 ) s o m ee f f e c t s c a nb e g o tb yc o m p a r i n g c o a x i a lw i t he l e c t r o m a g n e t i c s h i e l d i n ge n c l o s u r e f r o m3 0 m h z t o15 0 0 m h z ，t h et e s tm e t h o do fc o a x i a li sg o o d f o rp l a n ew a v ea n dn o tf i tf o ro t h e r s b u tt h ee l e c t r o m a g n e t i cs h i e l d i n ge n c l o s u r e c a nm a k eu pi t i th a sn o tg o o ds t a b i l i t yf r o m2 5 m h zt o3 0 0 m h za n dg o o d s t a b i l i t yf r o m 3 0 0 m h zt o3 0 0 0 m h z ( 6 ) t h i sp a p e r d i s c u s s e dt h et e s tm e t h o do f e l e c t r o m a g n e t i cs h i e l d i n gf a b r i c s ： f i r s t ，a c c o r d i n g t ot h ef r e q u e n c yo ff a b r i cs h i e l d i n g ，d e t e r m i n er e a s o n a b l et e s t m e t h o d s ；t h e n ，a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fr a d i a t i o n ，d e t e r m i n er e a s o n a b l e t e s tm e t h o d s a g a i n ；f i n a l l y , d e t e r m i n er e a s o n a b l e t h es i z eo f s a m p l e f u r t h e r , t h i sp a p e r d i s c u s s e d i m p r o v i n g a n d d e v e l o p i n g o nt h e e l e c t r o m a g n e t i cs h i e l d i n ge n c l o s u r e i nt h ef u t u r ew o r k c h e n gm i n g j u n ( t e x t i l em a t e r i a l ) s u p e r v i s e db y d rw u x i o n g y i n g 、p r o f e s s o rw a n gs h a n y u a n k e yw o r d s ：e l e c t r o m a g n e t i cs h i e l d i n gf a b r i c ，s h i e l d i n g e f f e c t i v e n e s s ，t e s t m e t h o d ，p l a n ew a v e ，e l e c t r i cf i e l ds o u r c e ，m a g n e t i cf i e l ds o u r c e ，c o a x i a lp l a n a r ， e l e c t r o m a g n e t i cs h i e l d i n g e n c l o s u r e 東華大學學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：我恪守學術道德，崇尚嚴謹學風。所呈交的學位論文 是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已明確注 明和引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的 作品及成果的內容。論文為本人親自撰寫，我對所寫的內容負責，并完全意 識到本聲明的法律結果由本人承擔。 學位論文作者簽名：鼢叼。吁 日期：川年j 月( ，日 東華大學學位論文版權使用授權書 學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校 保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱 或借閱。本人授權東華大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數(shù) 據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論 文。 本學位論文屬于 保密口，在年解密后適用本版權書。 不保密 學位論文作者簽名：蜘【努善 日期：腫月6 曰 指導教師簽名 日期：。y 年1 月臺日 第一章課題背景及研究的意義 第一章課題的背景及研究的意義 隨著人類科學技術日新月異的發(fā)展，各式各樣的科技產品如計算機通 訊網絡、移動電話、視聽設備、微波爐等的日益普及，在給人們的生活和 工作帶來便利的同時，也給人類帶來了一定程度的危害。因為它們工作時 隨時都在發(fā)出電磁波，電磁波向空中發(fā)射或泄漏的現(xiàn)象，通俗叫“電磁輻 射”。它已成為繼水、空氣、噪聲之后的第四大環(huán)境污染。大量的調查和 實驗結果表明：電磁輻射除了干擾廣播、電視、通訊等設備的正常工作之 外】，較強的電磁輻射更會直接危害人體的健康【扣5 1 。為了減少或消除 電磁波輻射對人體造成的危害，各種電磁屏蔽材料也就應運而生并得到迅 速的發(fā)展，而抗電磁輻射織物便是其中的一種。 1 1 電磁輻射的來源和對人體的危害 1 1 1 電磁輻射的來源 常見的電磁輻射源從頻率上可以分為射頻場( 包括低頻、中頻、高頻 和微波) 、工頻場、靜態(tài)場和恒定磁場，輻射功率小的有幾瓦( 如通訊設 備) ，功率大的可達幾百千瓦( 如一些工業(yè)射頻設備) ，它們輻射的主要頻 率段從幾m n z 到幾g h z 。這些常見的輻射源見表1 1 。 表1 1 常見的電磁輻射源【6 】 輻射源的場類型常見的電磁輻射源 身j 頻電磁場廣播、電視等通訊設備，工業(yè)、科技、等射頻設備 工頻電磁場高壓輸電設備，電氣化鐵路等 靜電場在造紙、制革、化纖等行業(yè) 恒定磁場工業(yè)電解、磁性材料等行業(yè) 1 1 2 電磁輻射對人體的危害 目前，電磁輻射對人體產生的危害主要表現(xiàn)在以下三個方面：熱效應、 非熱效應、累積效應【7 捫。 1 熱效應 高強度的電磁輻射對生物體系統(tǒng)的作用，主要是熱效應，生物體受到 強電磁輻射會使生物體物質產生極化和定向馳豫現(xiàn)象，分子產生熱運動， 第一章課題背景及研究的意義 摩擦將促使生物體物質的溫度升高，這種使溫度升高的效應稱為熱效應。 當熱效應溫度超過體溫調節(jié)能力時，溫度平衡功能失調，并由此產生 生理功能紊亂和病理變化等各種生物效應。例如局部組織或體溫明顯上 升，當微波功率為1 0 m w c m 2 時，受到輻射的人的體溫將上升1 左右， 當功率密度更強時，人體的體溫會進一步升高，進而將產生高溫反應，昏 迷、抽搐和呼吸障礙。當頻率為2 4 g h z 的微波，輻射強度為1 5 0 r o w c m 2 時，5 分鐘足以使白鼠死亡。頻率為1 2 0 0 m h z 微波，輻射強度為3 3 0r o w c m 2 時，1 5 分鐘內能使5 0 的狗死亡，輻射強度大于3 0 0m w c m 2 時，容 易使人的眼睛形成白內障。 2 非熱效應 長時間低電平的電磁輻射，也會產生電磁生物效應，稱為非熱效應。 熱效應與非熱效應的分界線也并非很明確，不過可以引入一個電磁輻射生 物劑量單位，稱為比吸收率。比吸收率表示生物體每單位質量吸收的電磁 輻射功率，單位為( w k g ) ，一般比吸收率大于lw k g 為熱效應，小于0 1 w k g ，為非熱效應。 發(fā)生“非熱效應”時，生物體的體溫沒有明顯的升高，但是在弱場的 長期作用下或某一定的頻段的電磁波輻照作用下，也會引起對生物體的傷 害。一般認為在某一定的頻段照射作用下，將使細胞分子產生共振作用， 使生物體神經系統(tǒng)功能紊亂或失調，以及影響心血管系統(tǒng)。 3 累積效應 上述熱效應、非熱效應作用于人體后，對人體的傷害還未來得及修復 之前，若又再次受到電磁輻射時，其傷害程度就會發(fā)生累積效應。這樣久 而久之，最終將會造成永久性的病態(tài)，乃至危及生命。 1 1 3 常見電磁輻射源的輻射頻率與限制標準 一般常見的電子儀器都會在工作時產生電磁輻射，各種儀器的輻射頻 率是不同的，針對電磁輻射的危害，f c c ( 美國聯(lián)邦通訊委員會) 、 c i s p r ( 國際標準委員會) 和世界各國對電磁輻射的強度作了相應的限制， 以便保護人們的日常安全生活。 第一章課題背景及研究的意義 襲1 2 常見家用電器輻射主頻率 2 , 6 , 7 1 電囂名稱輻射豐煩率 計算機3 0 0 4 5 0 m h z 電視機2 0 m h z 吸塵器2 0 0 m 【 1 z 錄像機6 m h z 電話2 0 0 m h z 家用無線電話 2 5 0 - - 3 8 0m h z 移動電話 7 0 0 1 9 0 0m h z 洗衣機 3 0 m h z 微波爐 2 5 0 0 m h z 表1 3f c c 輻射干擾場強的極限值1 9 】 類型頻率( m h 西 距離n l場強u v m a3 0 8 83 03 0 a8 8 2 1 63 05 0 a2 1 6 1 0 0 03 07 0 b3 0 8 8 31 0 0 b8 8 2 1 631 5 0 b2 1 6 1 0 0 0 32 0 0 表1 4c i s p r 輻射干擾場強的極限值【9 1 類型頻率( m z )距離m場強u v m a3 0 8 83 03 0 a8 8 2 3 03 03 5 a2 3 0 1 0 0 03 03 7 b3 0 8 81 03 0 b8 8 2 3 01 03 5 b2 3 0 1 0 0 0 1 03 7 注：上表中a 為民用，b 為商用 表1 5 世界一些國家微波輻射對職照與居民的安全限值m 】 國家公布時間 頻率( g 1 4 z ) 職業(yè)限值居民限值暴器時間 ( 年)( m w c m 2 )( m w c m 2 )( h ) 原蘇聯(lián) 1 9 8 40 3 3 0 00 0 2 5o o l2 4 捷克 1 9 7 00 t 3 3 0 0o ，0 2 5o 0 0 2 52 4 加拿大 1 9 7 20 0 1 3 0 00 5 01 02 4 美國 1 9 8 2o 0 1 1 0 0 1 51 5無限制 英國 1 9 7 10 0 3 - 3 01 01無限制 德國1 9 8 4 o 3 0 02 5 2 5 無限制 我國在1 9 8 8 年公布的電磁環(huán)境標準g b 8 7 0 2 - - 8 8 規(guī)定了電磁輻射的標 第一章課題背景及研究的意義 準限值，最近根據(jù)國內外對電磁輻射對人體產生的危害正在積極制定更加 嚴格的限制標準，減少電磁輻射對人體產生的危害【1 0 】。 因此，在屏蔽這些儀器的輻射時，抗電磁輻射織物選用要有所不同， 在應用時應考慮輻射頻率和電磁輻射安全限值。 1 2 抗電磁輻射織物 鑒于生活中的電磁輻射對人體可能產生的危害，迫切需要開發(fā)抗電磁 輻射紡織品等屏蔽材料來屏蔽電磁輻射，抗電磁輻射織物以其獨特性得到 了迅速的發(fā)展 9 , 1 1 , 1 2 , 1 3 】。 1 2 1 抗電磁輻射織物所用纖維的主要種類 1 金屬纖維 最早的抗電磁輻射纖維當屬美國的b r u n s w i c k 公司生產的金屬纖維 b r t m s m e t ，它是一種由不銹鋼絲經反復穿過模具精細拉伸制成的纖維。纖 維直徑為4 1 6 u m ，比電阻僅為1 0 “q c m 。它柔軟纖細，可以編織或與 其它普通纖維混紡。日本住友、美國杜邦和3 m 公司等先后又開發(fā)出了鋁 系和銅系等更加柔軟纖細，外觀酷似棉花等天然纖維的金屬系紆裂m 1 7 1 。 2 金屬鍍層纖維 所謂鍍金屬纖維，就是表面金屬化纖維在合成纖維上沉積o 0 2 2 5 u m 的金屬層，使纖維比電阻降至1 0 l o - 4q - c m 。表面鍍的金屬常見的 有鎳、銅、銀等。它與不銹鋼纖維一起被廣泛用來制作防電磁輻射纖維 1 8 2 1 1 。 t e x m e t 是意大利i n t i t n t og u i d ed o n e l l i 公司開發(fā)的鍍金屬纖維，它是 以腈綸為非導電成分的主體聚合物，用化學沉積法制備，通過對纖維表面 預處理后鍍銅、鎳雙金屬層。 日本住友公司在聚酯纖維上鍍以銅、鎳和鋁三種金屬合金，開發(fā)出了 與單一金屬層相比更好地保持了原纖維地柔軟性和手感的防電磁輻射纖 維。日本大阪的d a i w a b o 公司推出了一種柔韌性好且能經受普通紡織加 工的金屬涂層纖維m e t a x 。 美國n o b l em e d i c a l 公司開發(fā)了美國第一類天然抗菌纖維產品一鍍銀 4 第一章課題背景及研究的意義 抗菌纖維x s t a t i c ，該纖維具有優(yōu)異抗菌性以及屏蔽電磁干擾能力。 3 涂覆金屬鹽的纖維 采用金屬絡合物處理聚合物纖維，也可制成比電阻1 q c m 以下的纖維。 8 0 年代初，日本研制含c u 9 s 5 導電腈綸，方法是將腈綸浸漬在二價銅溶 液中，然后利用有機或無機含硫還原劑將其還原為價銅離子，并與腈綸 上的一c n 基發(fā)生強烈絡合，從而在纖維表面上生成c u 9 s 5 的導電通道， 電阻率為8 2 1 0 _ 1 q c m 。日本三菱人造絲公司將此法推廣到聚酯纖維 2 1 1 。 4 聚苯胺等結構型導電有機纖維 這類結構型導電有機纖維是一種新型的導電有機纖維，它是利用聚苯 胺等摻入雜質，使得纖維具有導電性能，從而可以用來做防電磁輻射纖維 【2 1 】。 1 2 2 抗電磁輻射織物 抗電磁輻射織物主要有兩種方法：以導電材料直接涂層織物和在織物 中加入防電磁輻射纖維，市場上常見的抗電磁輻射防護織物的種類主要如 下： 表1 6 常見的抗電磁輻射織物的種類 9 , 1 1 - 1 3 0 2 】 抗電磁輻射織物的種類主要的產品 金屬絲與普通紡織纖維的金屬纖維一般為c u 、n i 、不銹鋼及它們的 加入抗電混紡或交織織物合金，個別還采用銀絲 磁輻射纖金屬物填充型屏蔽材料金屬物顆粒與有機高聚物進行復合紡絲 維制作的聚苯胺、聚噻吩、聚毗咯等系列結構型 紡織品 合成高分子孱波織物 導電聚合物 高聚物在復合紡絲時在絲的表面或中心 納米材料屏波織物 加入導電的微小顆粒 紡織品進 化學鍍金屬織物 化學鍍金屬織物：鍍銀、鍍銅、鍍鎳 行涂層處金屬噴鍍：p b 、a 1 、s n ，真空鍍鋁、 理后的紡金屬膜轉移、金屬濺射屏波織物等 織品 涂覆金屬鹽的織物含c u s 導電腈綸纖維制成的織物 1 3 研究抗電磁輻射織物的評價方法的必要性 由于目前抗電磁輻射織物迅速開發(fā)和生產，產品類型眾多，性能各異， 價格不一，我們國家對產品性能測試方法卻沒有統(tǒng)一的標準。各個生產廠 第一章課題背景及研究的意義 家都有自己的測試方法和產品標準，有的采用直接測試方法，有的采用間 接的方法；即使是不同的廠家采用同一方法，由于方法本身的不完善，結 果也有差距，這樣測試結果不具有可比性，產品的性能難以得到科學和合 理的驗證。因此，迫切需要建立客觀、統(tǒng)一和科學的評價方法，以便評價 抗電磁輻射產品的性能，更好指導抗電磁屏蔽織物的開發(fā)。綜上所述，研 究和建立抗電磁輻射織物的測試方法是迫在眉睫的社會需求。 1 4 國內外在電磁屏蔽材料性能的測試方法的研究狀況 目前關于電磁屏蔽材料的屏蔽效能國外測試方法主要有以下幾種： 1 w d n a s o n 法 這種測試方法是w d n a s o n 提出對導電塑料的屏蔽效能測試方法【2 3 】， 此法測量原理圖如下： 2 3 口 圖1 2 測試原理簡圖 其中圖1 2 中1 電磁波發(fā)射信號裝置：2 裝有電磁屏蔽織物盒；3 為電磁波信 號接收裝置： 測試原理為：用裝置3 測試裝有屏蔽材料時2 的特征值e l ，在無屏蔽 材料時的特征值e o ；得出屏蔽效應：s = e 1 - - e 0 。 2 m i l s t d 法 本法采用m i l s t d 2 8 5 標準來測定電磁波屏蔽的效應。m i l s t d 一2 8 5 是美國軍方對電磁波屏蔽材料的衰減量的測定方法，它是低阻抗磁場、高 阻抗電場和平面波的衰減測定標準。測試原理與w d n a s o n 法相同。屏 蔽效應的表示法與w d n a s o n 法相同。下圖為磁場源的測量方法，電場 源與平面波源測量原理與其相同，只是采用不同天線和變換測量距離而已 【2 4 1 6 第一章課題背景及研究的意義 試樣 圖1 3 磁場源測試原理簡圖 其中圖1 3 中：t x 為振蕩發(fā)生器，r x 為信號接收器，l 1 為環(huán)形發(fā)射天線，l 2 為環(huán)形接收天線。 3 同軸傳輸線路法( 測遠場) 該方法根據(jù)電磁波在同軸傳輸線內傳輸?shù)闹髂Ｊ菣M電磁波這一原理， 利用該同軸傳輸線裝置真實的模擬自由空間遠場( 電磁波波長與2 舸比值 遠大于l ，r 為輻射源到屏蔽體的距離) 的傳輸過程，對材料進行平面波屏 蔽效能( s e ) 的測試【2 5 瑚 。該同軸傳輸線測量裝置見圖1 4 ，其特性阻抗 為5 0q ，同軸傳輸線的左邊與信號源相匹配，它的右邊與接收機相匹配， 其內導體為可拆卸結構，以便放置樣品，通過測試受試材料樣品的插入損 耗來表示材料對平面波的屏蔽效能。 特一 外導體 支架 圖1 4 a s t m e s 一7i 司軸傳輸線測試剖面圖 4 法蘭同軸法( q z 面波) 該方法是美國n b s ( 美國國家標準局) 推薦的一種測量屏蔽材料的方法， 其原理與同軸傳輸線路法相似，所不同的是它與樣片的連接不象“同軸傳 輸線路法”所要求的那樣嚴格。內、外導體不再是連續(xù)的，而是通過法蘭 和尼龍螺釘將該裝置對稱的兩段同軸部分連接起來 2 5 , 2 6 。 5 雙盒法( 測近場) 第一章課題背景及研究的意義 6 4 1 5a s t i v l e s 一7 雙盒測試簡圖 其中圖1 5 中：1 為連接部件，2 為連接部件，3 為發(fā)射天線，4 為接收天線，5 為樣片，6 為指型彈簧支撐片 此法用來測試材料對近場2 5 1 ( 電磁波波長與2 7 r r 比值遠小于1 ) 的屏 蔽效能0 鋇0 試的原理是用近場信號通過有無屏蔽材料遮擋時所測得的屏蔽 效能值之差。 6 改進的m i l s t d 一2 8 5 法 圖l ，6 改進的m i l - s t d - 2 8 5 豹裝置 圖1 6 中1 ：偶極子天線2 ：樣片3 ：屏蔽室墻壁4 ：緊固裝置5 ：射頻墊片 測試原理為：測試有無樣品遮擋時的屏蔽效能值之差，即為樣品的屏 蔽效能。此法用來測試材料對近場( 磁場) 2 s , 2 9 的屏蔽效應。 除了以上主要的幾種方法外，還有t e m 喇叭測試法、孿生橫電磁波 法傳輸室法、時域測試法等許多種測試方法，它們適用不同領域的屏蔽材 料，鋇4 試的效果還有待驗證。 我國于6 0 年代初期開始在電磁屏蔽材料方面的研究，目前對電磁屏蔽 材料測試方法已有多種。但是，這些主要的測試方法只是對國外的測試的 方法進行引進和改進。比如有：上海測試中心、東南大學電子標準化研究 所的改進的同軸傳輸線路法和法蘭同軸法，電子標準化研究所改進的雙盒 法等。其它一些測試方法有：t e m 喇叭測試法、孿生橫電磁波法傳輸室 法、時域測試法等。其中最主要的測試方法是直接測試法、同軸傳輸線路 法、法蘭同軸法和雙盒法 9 , 2 6 , 3 0 】。 第一章課題背景及研究的意義 1 5 不同的測試方法分析 抗電磁輻射織物是一種新型的電磁防護材料，其中涂層織物的屏蔽性 能與金屬薄膜屏蔽性能有相近之處，可以把它看成相對均勻且各向同性的 材料，而加入金屬纖維的抗電磁輻射織物屏蔽依靠網狀結構來屏蔽，因此 是有孔且各向異性材料，決定它的屏蔽原理有其獨特的特點【”，除了大體 上與一般電磁防護材料防護原理相同外，還與織物本身特有的結構有關， 總之抗電磁輻射織物屏蔽效能評價相當復雜，采用傳統(tǒng)的屏蔽材料的測試 原理難以進行精確計算【3 ”。為了更好了解這種新型的電磁防護材料的防 護性能，采用合理而有效的測試方法是必然的。 目前，關于屏蔽材料測試方法國內外有許多種，經過多年的實踐得出 對屏蔽材料相對有效的主要測試方法為：同軸傳輸線路法( 測遠場) 、法 蘭同軸法( 平面波) 、雙盒法( 測近場) 、改進的m i l _ s t d 一2 8 5 法( 測近 場) 。但是，這幾種方法也有各自的優(yōu)缺點。其中，同軸傳輸線路法的優(yōu) 點為雙腔體測試，不足之處是為了獲得滿足要求的屏蔽性能，要求試樣保 持與內外導體良好的接觸，因而該裝置模擬遠場測量的再現(xiàn)性較差。法蘭 同軸法是美國國家標準局( n b s ) 推薦的一種測量屏蔽材料的方法【捌。這 種同軸結構可以用來測量材料對平面波場的屏蔽效能，具有測量動態(tài)范圍 寬、試樣面積小、重復性好等優(yōu)點。缺點是只能測量屏蔽材料對平面波的 屏蔽效能。雙盒法為美國材料與試驗協(xié)會( a s t m ) 在1 9 8 3 年推出的一 種測試方法。它主要應用于試樣近場屏蔽性能的測試，此法的優(yōu)點不需要 昂貴的屏蔽室、輔助夾具或其它設備。測試方法快速、簡便等，但也存在 缺點如腔體的工作頻率將隨腔體的物理尺寸而產生諧振，同時測試可重復 性易受彈性擋狀襯墊狀態(tài)的影響。改進的m i l s t d 2 8 5 法( 測近場) 有 其優(yōu)點，但其缺點為要求試樣與開孔有很好的密封，同時試樣表面電阻的 變化、孔徑、屏蔽室和電纜的連接、多次反射都會對測量的結果產生影響 【2 5 】。 第一章課題背景及研究的意義 表1 7 常見的幾種屏蔽效能測試方法簡單的比較 輻射源測試方法適用頻率材料的厚度動態(tài)范圍 遠場環(huán)境同軸傳輸線法 3 0 m h z 1 5 g h z1 0 m m8 0 d b 法蘭同軸法3 0 m h z 1 5 g h z5 m m 1 0 0 d b 近場環(huán)境雙盒法 1 3 0 m h z4 r a m5 0 d b 改進2 8 5 法1 3 0 m h z范圍較大1 0 0 d b 左右 既然每種測試方法各有其優(yōu)缺點，因此對抗電磁輻射織物的防護性能 測試時，要求多方面考慮，尋求一種或幾種合理的測試方法，能較為全面 客觀地評價電磁屏蔽織物的防護性能。 1 6 抗電磁輻射織物性能測試方法的主要現(xiàn)狀 目前，國外對抗電磁輻射織物性能測試主要采用同軸方法，其中主要 依據(jù)a s t m - - d 4 9 3 5 標準 2 ”，國內如東南大學、上海測試中心、電子標 準化研究所也主要采用法蘭同軸測試方法【2 5 】 繃，而其他方法很少采用， 針對法蘭同軸測試方法存在一些問題，屏蔽室方法為最近提出一種測試方 法，因為屏蔽室方法可以彌補法蘭同軸測試方法不能測試非遠場的電磁環(huán) 境。 1 7 本論文的主要研究內容 本課題在前人2 們3 1 研究的基礎上，專門對抗電磁輻射織物的屏蔽性能 及其測試方法進行進一步的研究。主要研究內容如下： 1 主要研究兩種測試方法對抗電磁輻射織物測試的優(yōu)缺點 法蘭同軸和屏蔽室這兩種方法對抗電磁輻射織物屏蔽效能測試的優(yōu)缺 點。 2 不同輻射源下測試方法的評價 用法蘭同軸方法評價抗電磁織物對平面波的屏蔽效能，用屏蔽室評價 抗電磁織物對電場源、磁場源的屏蔽效能。 3 抗電磁輻射織物屏蔽效能的主要影響因素 1 )頻率選?。褐饕芯靠椢飳Χ滩ǜ哳l的電磁波的防護，不考慮長 波低頻的電磁波的防護；主要選取的波段為微波波段到短波波段 ( 因為目前關于長波低頻的電磁波的防護技術尚未成熟) 【14 】；測 i o 第一章課題背景及研究的意義 試時選取的頻率要有一定的寬度，以便客觀的反映織物的屏蔽效 能；同時考慮到一般電磁輻射源的輻射主要頻率，本文測試頻率 取2 5 m h z 3 0 0 0 m h z ； 2 )電磁波入射方向：由于抗電磁輻射織物為各向異性材料，在測試 時變換抗電磁織物與電磁波入射方向： 3 1樣品尺寸：抗電磁輻射織物屏蔽效能與樣品取樣大小； 4 )距離：發(fā)射源到抗電磁輻射織物距離選??； 5 )抗電磁輻射織物取樣種類：取目前最主要的兩種抗電磁輻射織 物，即普通織物表面鍍金屬或加入抗電磁輻射纖維的抗電磁輻射 織物。 4 航電磁輻射織物屏蔽效能如何測試 第二章抗電磁輻射織物的電磁屏蔽的理論基礎 第二章抗電磁輻射織物的電磁屏蔽的理論基礎 我們研究一種材料的測試方法不可避免的要研究材料的性能，用一種 測試方法測出數(shù)據(jù)結果反應材料性能的變化，反過來我們從材料性能的一 般性原理可分析測試結果，從而可以判定測試方法的可靠性和準確性，下 面我們便介紹抗電磁輻射織物的一般防護原理。 2 1 一般屏蔽材料的電磁屏蔽原理 抑制以場的形式造成干擾的有效方法是電磁屏蔽。所謂電磁屏蔽就是 以某種材料( 導電或導磁材料) 制成的物體( 實體的或非實體的) 將需要 屏蔽的區(qū)域封閉起來，形成電磁隔離，即其內的電磁場不能越出這一區(qū)域， 而外來的輻射電磁場不能進入這一區(qū)域( 或者進出該區(qū)域的電磁能量將受 到很大衰減) 。 電磁屏蔽的作用原理是利用屏蔽體對電磁能流的反射、吸收和引導作 用。而這些作用是與屏蔽結構表面上和屏蔽體內感生的電荷、電流與極化 現(xiàn)象密切相關的。按其屏蔽原理，可分為電場屏蔽、磁場屏蔽及電磁場屏 蔽f 3 4 】。 電場屏蔽簡稱電屏蔽，實質是減少設備( 或電路、組件、元件) 間的 電場感應，它包括靜電屏蔽和交變電場屏蔽。 磁場屏蔽簡稱磁屏蔽，是用于抑制磁場耦合實現(xiàn)磁隔離的技術措施， 它包括低頻磁屏蔽和高頻磁屏蔽。低頻( 1 0 0 h z 以下) 磁場屏蔽常用的屏 蔽材料是高磁導率的鐵磁材料( 如鐵、硅鋼片、坡莫合金等) ，其屏蔽原 理是利用鐵磁材料的高磁導率對干擾磁場進行分路。高頻磁場的屏蔽采用 的低電阻率的良導體材料，如銅、鋁等。其屏蔽原理是利用電磁感應現(xiàn)象 在屏蔽殼體表面所產生的渦流的反磁場來達到屏蔽的目的。 通常所說的屏蔽，一般指的是電磁屏蔽，即是指對電場和磁場同時加 以屏蔽。電磁屏蔽一般也是指用來防止高頻電磁場的影響的。 在交變場中，電場分量和磁場分量總是同時存在的，只是在頻率較低 的范圍內，干擾一般發(fā)生在近場，而近場中隨著干擾源的特性不同，電場 分量和磁場分量有很大的差別。高壓低電流源以電場為主，磁場分量可以 第二章抗電磁輻射織物的電磁屏蔽的理論基礎 忽略，這時就可以只考慮電場的屏蔽。而低電壓大電流干擾源則以磁場為 主，電場分量可以忽略，這時就可以只可以考慮磁場屏蔽。 隨著頻率增高，電磁輻射能力增加，產生輻射電磁場，并趨向于遠場 干擾，遠場中的電場和磁場均不能忽略，因而就要對電場和磁場同時加以 屏蔽即電磁屏蔽。 如前所述，采用良導體材料，也就能同時對電場和磁場( 高頻) 屏蔽 的作用。由于高頻集膚效應，對于良導體而言其集膚深度很小，因此電磁 屏蔽體無需做的很厚，其厚度僅由工藝結構及機械性能決定便可。 當輻射頻率在5 0 0 k h z 3 0 m h z 范圍內，屏蔽材料可選用鋁，而當頻率 大于3 0 m h z ，則可選用鋁、銅等金屬材料。 2 2 抗電磁輻射織物屏蔽的理論基礎 2 2 1 抗電磁輻射織物的構成 我們知道理想的平面電磁波在非導電媒質內沒有能量損耗，電磁波無 衰減地傳播。實際的媒質是有損耗的，分為媒質的導電損耗和非完全純媒 質的損耗，良導體比如金屬材料就是利用電磁波在它們中傳輸有衰減作用 做屏蔽材料，它們是高損耗材料。從電磁波傳輸理論可知，要獲得對電磁 波有屏蔽作用材料，必須改善材料的導電和導磁性，才能獲得有較好屏蔽 效能的材料陽5 1 。 傳統(tǒng)的紡織品導電性不好，它們對電磁波幾乎無屏蔽作用，為了改善 織物的屏蔽性能，目前主要是改善織物的導電性，以導電材料直接涂層織 物表面或在織物中加入電磁輻射纖維，這些為目前最主要的兩類抗電磁織 物。涂覆金屬或金屬鹽等導電材料在織物的表面，其電磁屏蔽原理近似金 屬薄膜的屏蔽原理【3 4 1 ，而加入防電磁輻射纖維的織物與網孔結構材料屏蔽 原理近似，只是前者的屏蔽原理更為復雜【3 6 1 。 2 2 2 抗電磁輻射織物的屏蔽原理 1 涂層類抗電磁輻射織物的屏蔽原理 涂層類抗電磁輻射織物空隙與電磁波相比較它遠遠小于電磁波的波 長，也就是說電磁波在這類抗電磁輻射織物中傳輸很少存在衍射和透射性 第二章抗電磁輻射織物的電磁屏蔽的理論基礎 能。它的防護原理與傳統(tǒng)的屏蔽材料的防護原理大致相似?？闺姶趴椢锓?輻射也就是限制電磁能量從抗電磁輻射織物的一側空間向另側空間傳 遞。電磁波傳播到抗電磁輻射織物表面時，通常有三種不同的機理進行衰 減嘰一是在入射的表面的反射衰減；二是沒有被反射的電磁波進入抗電 磁輻射織物的內部時被其吸收的衰減；三是在抗電磁輻射織物的內部多次 反射后衰減。電磁波通過抗電磁輻射織物的總屏蔽效應可按式( 2 - 1 ) 1 7 1 估算： 跚= r + 爿+ 口f 抬) ( 2 - 1 ) 式中：s e 為電磁屏蔽效果；r 為表面單次反射衰減；爿為吸收衰減； b 為