織物電磁參數測量方法的研究

劉嘯嵐，羅旭東

（1.衡水學院，河北 衡水 053000；2.河北省濕地生態與保護重點實驗室，河北 衡水 053000；3.廣西師范大學職業技術師范學院，廣西 桂林 541000）

1 背景介紹

織物是棉、麻及棉型化學短纖維經紡紗后的織成物的總稱，是人類生產生活中必不可少的物品。如今，隨著人們對生活品質追求的不斷提高，織物材料在電磁領域中已被廣泛運用[1-4]。美國投資研制了新型偽裝織物材料，其原理是電磁波（包括光波）在傳播路徑上會在物體上發生散射，“量子”隱身織物材料把電磁波引導到其他方向，使其繞過該物體，從而看不到其內部物體，達到隱身的效果[5-6]。在醫療健康方面，利用紡織材料作為電磁屏蔽材料和吸波材料，制作防護大褂、醫療設備的罩衣等[7]。近年來，我國已經可以生產纖細軟和、輕易不會折斷的金屬纖維，能夠將其同別的織物材料組合制造導電布料[8]，這將會為織物電磁特性及可穿戴織物天線的探究做出鋪墊。

對紡織材料的電磁特性研究在軍事、醫療、電子通信方面都有重要的意義。織物的研究是人體無線通信發展的重要基礎，隨著紡織工藝和無線通信的發展和有效結合，對織物的電磁特性還需要深入的研究。

織物電磁參數對于天線、微波濾波器等結構的設計都具有重要影響。大多數織物是絕緣非磁性的，所以織物參數提取主要是指織物介電常數和介質損耗角正切的測量。了解介質的電磁特性，是天線設計者設計特定性能指標天線的前提。對織物介電常數進行測試的方法通常包含頻域與時域兩類測試方法。其中，時域測量法主要包括電容測量法；頻域測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

平行板法測量織物介電常數，方法簡單，對待測品的損傷性較小，缺點是由于紡織品的可壓性，兩平行板間距離不容易控制，影響測量的精確度。相對介電常數值可通過公式（1）來計算得到。其中，ε0為真空介電常數，εr為相對介電常數，s為平行板面積，d為兩平行板間距離。

2.2 同軸線終端開路法

利用同軸線終端開路法測量介質介電常數，在同軸線終端接入被測物，電路模型包含了被測物對應的等效電容與其他電容兩部分。

首先，在被測對象上連接同軸線探針，采用終端開路模型獲得反射系數，具體表達式為：

對式（2）進行反推可以得到復數形式的介電常數：

同軸線終端開路法測量頻帶范圍寬，精確度高，但是由于需要校準等步驟，方法較復雜，計算量較大。

2.3 傳輸線法

利用傳輸線法測量介電常數時，測試原理是當介質受到一個快速上升時間脈沖作用后將會產生特定的頻率響應，從而獲得不同頻率下的相對介電常數與復磁導率變化情況。利用傳輸線法主要被用來測量有較高損耗的介質，精度高，由于要將待測介質卷入傳輸線內腔中，該方法主要是對于待測品的形狀大小有較高要求，實驗設備的準備工作也較復雜。

2.4 自由空間法

采用自由空間法不但可以有效測試介電常數寬頻帶參數，還可以測試介質的取向程度，從而實現某些特殊測試的要求。此種方法可以實現對樣品的非損傷測試。自由空間法需要借助喇叭天線等輔助措施，導致測試樣品的邊緣部位易發生衍射效應，從而影響測量結果的精確度。

3 方法對比

表1 為部分織物介電常數測量方法對比。

4 結論

本文介紹了背景，具體分析了部分織物電磁參數測量方法，最后對比了部分織物電磁參數測量方法。

表1 部分織物介電常數測量方法對比