织物电磁参数测量方法的研究

刘啸岚，罗旭东

（1.衡水学院，河北 衡水 053000；2.河北省湿地生态与保护重点实验室，河北 衡水 053000；3.广西师范大学职业技术师范学院，广西 桂林 541000）

1 背景介绍

织物是棉、麻及棉型化学短纤维经纺纱后的织成物的总称，是人类生产生活中必不可少的物品。如今，随着人们对生活品质追求的不断提高，织物材料在电磁领域中已被广泛运用[1-4]。美国投资研制了新型伪装织物材料，其原理是电磁波（包括光波）在传播路径上会在物体上发生散射，“量子”隐身织物材料把电磁波引导到其他方向，使其绕过该物体，从而看不到其内部物体，达到隐身的效果[5-6]。在医疗健康方面，利用纺织材料作为电磁屏蔽材料和吸波材料，制作防护大褂、医疗设备的罩衣等[7]。近年来，我国已经可以生产纤细软和、轻易不会折断的金属纤维，能够将其同别的织物材料组合制造导电布料[8]，这将会为织物电磁特性及可穿戴织物天线的探究做出铺垫。

对纺织材料的电磁特性研究在军事、医疗、电子通信方面都有重要的意义。织物的研究是人体无线通信发展的重要基础，随着纺织工艺和无线通信的发展和有效结合，对织物的电磁特性还需要深入的研究。

织物电磁参数对于天线、微波滤波器等结构的设计都具有重要影响。大多数织物是绝缘非磁性的，所以织物参数提取主要是指织物介电常数和介质损耗角正切的测量。了解介质的电磁特性，是天线设计者设计特定性能指标天线的前提。对织物介电常数进行测试的方法通常包含频域与时域两类测试方法。其中，时域测量法主要包括电容测量法；频域测量法中包括有传输线法、谐振腔法、自由空间法。

2 部分方法介绍

2.1 平行板法

平行板法测量织物介电常数，方法简单，对待测品的损伤性较小，缺点是由于纺织品的可压性，两平行板间距离不容易控制，影响测量的精确度。相对介电常数值可通过公式（1）来计算得到。其中，ε0为真空介电常数，εr为相对介电常数，s为平行板面积，d为两平行板间距离。

2.2 同轴线终端开路法

利用同轴线终端开路法测量介质介电常数，在同轴线终端接入被测物，电路模型包含了被测物对应的等效电容与其他电容两部分。

首先，在被测对象上连接同轴线探针，采用终端开路模型获得反射系数，具体表达式为：

对式（2）进行反推可以得到复数形式的介电常数：

同轴线终端开路法测量频带范围宽，精确度高，但是由于需要校准等步骤，方法较复杂，计算量较大。

2.3 传输线法

利用传输线法测量介电常数时，测试原理是当介质受到一个快速上升时间脉冲作用后将会产生特定的频率响应，从而获得不同频率下的相对介电常数与复磁导率变化情况。利用传输线法主要被用来测量有较高损耗的介质，精度高，由于要将待测介质卷入传输线内腔中，该方法主要是对于待测品的形状大小有较高要求，实验设备的准备工作也较复杂。

2.4 自由空间法

采用自由空间法不但可以有效测试介电常数宽频带参数，还可以测试介质的取向程度，从而实现某些特殊测试的要求。此种方法可以实现对样品的非损伤测试。自由空间法需要借助喇叭天线等辅助措施，导致测试样品的边缘部位易发生衍射效应，从而影响测量结果的精确度。

3 方法对比

表1 为部分织物介电常数测量方法对比。

4 结论

本文介绍了背景，具体分析了部分织物电磁参数测量方法，最后对比了部分织物电磁参数测量方法。

表1 部分织物介电常数测量方法对比