电磁波在针织物中传播的仿真模拟及屏蔽性能研究

发布时间：2020-04-04 18:40

【摘要】：电磁纺织品是高性能功能材料的重要组成部分,应用广泛,但是电磁纺织品研发周期长、成本高,因此研究电磁波在织物中的传播规律,对电磁屏蔽织物进行数字化设计,成为非常重要的研究课题。本研究目的是实现三维结构针织物电磁仿真计算,分析织物电磁参数等因素对电磁屏蔽性能的影响。提出一种提高针织物电磁屏蔽性能的解决方案:在针织物经向、纬向衬入电磁功能轴向纱线。课题首先使用具有导电性能的导电复丝、镀银纱线和不锈钢导电纱构建针织网孔结构和不锈钢纤维混纺纱纬编织物组织,并使用矢量网络分析仪对织物电磁屏蔽效能进行测试。结果表明:针织物网孔结构织物具有较好的屏蔽效果;纯导电损耗网孔材料(以导电复丝和不锈钢导电纱为材料),在10 MHz～3 GHz频率测试范围内,电磁屏蔽效能随频率增加呈线性变化;双珠地网眼组织在测试10 MHz～3 GHz频率测试范围内具有较好的屏蔽效能,在低电磁频率范围内材料厚度对电磁屏蔽效果影响显著。其次,基于纬编针织1+1罗纹组织结构和尺寸,构建针织物微观模型,并在此基础上衬入轴向纱线,构建1+1罗纹结构单轴向、双轴向和三层轴向织物组织。最后,建立电磁屏蔽针织物仿真模型,利用有限积分法模拟计算电磁波在针织物中的传播,分析了电磁参数、织物组织结构、电磁波入射角、针织物轴向纱线性能和轴向层数对织物电磁屏蔽性能的影响。研究结果表明:针织物屏蔽效能随着材料导电率增加明显提高,且当导电率大于300 S/m时出现显著的频散特性;织物表面电流密度随着电磁波入射角增大出现极化效应;以导电损耗为主的电磁屏蔽织物,在电磁波的作用下,织物内部产生感应电流,电流方向与电场方向一致,电场强度受电磁波频率影响明显,磁场方向与电场方向垂直,磁场强度受电磁波频率影响不明显;轴向电磁功能纱线的衬入可有效提升织物的电磁屏蔽性能,多层轴向纬编针织物中,表层导电对电磁波主要起反射损耗作用,随轴向导电纱层数的增多,电磁波在织物内部多次反射损耗越明显,三层轴向导电织物屏蔽效果优良。
【图文】：

示意图,矢量网络分析仪,测量系统,示意图

法兰同轴装置法适用于薄型材料的屏蔽效能测试，常用的测试方法有：信号逡逑发生器／频谱分析仪测量方法、带跟踪信号源的频谱分析仪测量方法和网络分析逡逑仪测量方法。法兰同轴测试原理见下图１－２，为法兰同轴夹具与网络分析仪等设逡逑备组成测试系统。逡逑试＾＼逡逑矢■网络分析仪逦１逦灄逦Ｊ￣垶减器逦逡逑法兰同轴装置逡逑图１－２矢量网络分析仪测量系统示意图逡逑图１－３为３０邋ＭＨｚ？３邋ＧＨｚ法兰同轴装置。该法兰同轴夹具内腔呈圆形，半径逡逑电场和周围磁场分布呈圆柱对称，测试时将样本放于中间，发生信号反射，且信逡逑号在试样内部被材料多次反射衰减和吸收衰减，法兰的一端输入信号，另一端接逡逑收经衰减信号，屏蔽效能为空载电磁波功率Ｐ！与加入试样后透射电磁波的功率逡逑ｐ２的差值，即ＳＥ＾ｄＢ＾ＰｈＰｈ参考试样和负载试样见图１－４，在样品方面无方向逡逑性。逡逑６逡逑

同轴,法兰,屏蔽室,屏蔽效能

适用于１０邋ｋＨｚ？４０邋ＧＨｚ频率范围内的屏蔽效能测量，，且屏蔽室屏蔽效能应大于被逡逑测材料屏蔽效能至少６邋ｄＢ，常用有１￣１８邋ＧＨｚ，邋１８？２６．５邋ＧＨｚ，２６．５？４０邋ＧＨｚ等。逡逑测试原理图见图１－５。屏蔽室测试法利用屏蔽室内外的接收和发射天线来测试电逡逑磁波通过材料以后透射波的衰减来计算屏蔽效能，屏蔽室测试窗口为正方形，边逡逑长不小于０．６邋ｍｍ，方形孔中心距离屏蔽室地面高度不小于ｌｍ，边界距离侧墙不逡逑小于０．５邋ｍ。其中被测试样面积大于屏蔽室测量窗口尺寸，且表面平整；被测试逡逑样四周沿测试窗有良好的导电连接。逡逑
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS186;O441.4

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