电磁波在0Hz~400GHz的宽频范围内已被广泛用于雷达、通讯、医疗工业生产等电子设备中。其中的微波是指频率大约在300MHz~300GHz，即波长在1m~1mm范围内的电磁波。微波有频率高、频带宽、波长短、波束定向性和分辨能力高等特性。微波屏蔽织物主要用于屏蔽辐射频率从几十MHz到几GHz范围的电磁辐射。研究表明金属纤维混纺织物对微波辐射具有良好的屏蔽效果。这里在分析金属纤维屏蔽织物屏蔽机理的基础上，对金属纤维在纱线中的分布、金属纤维含量以及织物紧度同织物屏蔽效能之间的关系进行了探讨。

　　1电磁屏蔽织物的屏蔽机理

　　不含屏蔽材料的织物，其体积电阻率一般在1010Ω•cm以上，本身不具有电磁屏蔽功能。金属纤维屏蔽织物的防护作用是其中的金属纤维在起作用。含金属纤维的纱线相互交织形成纵横交错的隔离网能使电磁波的能量衰减到一定程度，从而达到防护目的。电磁波传播到屏蔽织物时，其衰减机理有3种:(1)吸收损耗;(2)表面反射损耗;(3)织物内部多次反射损耗。反射主要是由于介质与金属的波阻抗不一致引起的，二者相差越大，反射损耗越大。吸收是指涡流效应，即在高频条件下，电磁波通过屏蔽体时，在屏蔽体表面产生涡流，涡流在产生反磁场来抵消原干扰磁场的同时，还产生热损耗，使电磁波能量衰减，达到屏蔽效果。屏蔽织物的屏蔽效能SE是指未加屏蔽时某一测点场强与加屏蔽后同一测点的场强之比，单位为dB。屏蔽效能SE与传输系数T的关系为:

　　SE=20log1T(1)

　　其中在平面波情况下，完整金属网的传输系数为:

　　T=s{0•265×10-2Rf+j[0.265×10-2Xf+0.333×10-8flnsa-1.5]}(2)

　　式(2)中，s为金属网网距(m)，a为金属网网丝半径(m)，Rf为金属网网丝单位长度的交流电阻(Ω/m)，Xf为金属网网丝单位长度的电抗(Ω/m)，f为频率(Hz)。

　　按照式(2)可以计算出屏蔽织物的屏蔽效能SE。理论计算曲线和实测屏蔽效能曲线相比，二者变化趋势相同，计算值较实测值偏大，但随着测试频率增加二者有靠拢的趋势。这是由于金属纤维构成的导电网随频率的增大，其电阻和电抗都将增大，所以对电磁波反射损耗减小。同时，根据屏蔽理论，具有一定深度的孔或缝隙可以看作波导，而波导在一定条件下可以对传播的电磁波进行衰减。屏蔽织物中的孔或缝相当于一个工作在截止频率(Fco)以下的波导。其截止频率可由如下公式求出:

　　Fco=3×10112l(3)

　　式中：l为孔或缝的线经，单位mm。

　　由于截止频率是由屏蔽织物中的孔或缝线经尺寸，而非面积大小决定的，当频率增大向截止频率靠拢的过程中，电磁波透过量增加。在Fco/3~Fco之间，衰减下降，在Fco处屏蔽效能接近0dB。{page_break}

　　2金属纤维分布及纱线结构与屏蔽效能间的关系

　　由不锈钢短纤维混纺纱制成的织物与不锈钢长丝混纺制成的织物进行实验对比，其屏蔽效率差异较大，如图1所示。

　　W1是直径50μm的不锈钢长丝混纺织物，W2是直径8μm、长度38~80mm的不锈钢短纤维混纺纱织物。W1和W2规格见表1。

　　从表可见，W1的金属纤维含量比W2中的金属纤维含量高得多，但在图1中却存在W2的屏蔽效能明显优于W1的频段。这反映了不同不锈钢制得的织物在不同频段下，各自有其最佳的屏蔽效能值。在频率相对较低时，如图1所示低于500MHz，以及相对较高频段，高于2000MHz时，由不锈钢短纤混纺纱制得的织物屏蔽效能优于不锈钢长丝混纺纱制得的织物。

　　另外，不锈钢长丝混纺纱的结构对织物的屏蔽效能也有较大影响。在包覆纱中，不锈钢长丝沿着螺旋形规则地包覆短纤维;在股线中，不锈钢长丝和短纤维缠绕在一起;在包芯纱中，不锈钢长丝位于短纤内部，因此，在包芯纱中，由不锈钢长丝形成的导电网其孔或缝线经较小，股线次之，而包覆纱最大。根据电磁屏蔽理论，孔隙导磁的重要原因就是缝或孔处的阻抗发生了变化，这种变化在频率较高时尤为显著。由于孔隙影响了金属网上电力线和磁通密度线的分布，打断了高频感应电流通路，造成电气性不连续从而使得屏蔽效能下降。从织物的屏蔽机理可知，在孔隙长度方向极化的电磁波其截止频率Fco主要取决于孔隙长边而非短边的尺寸，因此孔隙线经最小的包芯纱屏蔽效能较好，股线次之，包覆纱则较差。由此可知，在单位面积上金属纤维含量多并不一定屏蔽效能就好，因为金属纤维的分布以及纱线结构对屏蔽效能也有影响。

　　3金属纤维含量与紧度对屏蔽效能的影响

　　金属纤维含量越高，含金属纤维的混纺纱排列密度越大，织物的屏蔽效能越好。但金属纤维含量增加到一定程度后，随着金属纤维含量再增加，在有的测试频段织物屏蔽效能出现饱和现象，有的甚至出现明显的屏蔽效能下降。目前有资料对此作出了相应解释，认为这种与屏蔽效能随金属纤维含量增加而提高的结论不相符合的原因是由于随着金属纤维含量的增加，混纺纱的直径减小，这样在经纬密度相等的条件下，织物的紧度减小，织物中孔洞、缝隙增加(应指其尺寸，笔者注)，故导致微波透过量增加使得织物的屏蔽效能下降。

　　然而这种解释并不符合实际情况。因为起屏蔽作用的仅是混纺纱线中的金属导电纤维，而其他的纺织纤维由于是电介质，在研究的测试频段下本身不具有抗电磁干扰性能，所以这样的解释实际是把织物中其他的纺织纤维也主观赋予抗电磁作用而考虑进去，才得出了织物中纱线直径减小，孔洞、缝隙增加，所以电磁波透过量增加，屏蔽效能下降的结论，并由此认为整个织物的紧度与织物屏蔽效能存在直接关系，采用提高金属纤维含量来提高织物屏蔽效能时，要保证织物的总紧度不至于降低，否则屏蔽效能反而会下降。同时织物总紧度与织物屏蔽效能存在直接关系的理解也与实际情况不符。因为由金属纤维构成的导电网网间孔隙总是随着金属纤维的含量或金属纤维混纺纱排列密度的提高而减小，而非增大。根据电磁干扰的基本理论和小孔耦合理论，在近场区(r<λ/2)，当两个孔间距离足够大时，由两孔共同耦合所产生的射频能量便可以忽略，此时起作用的仅包含那些A=πr2(r=λ/2)区域内的孔，如果孔的尺寸减小，使得面积πr2中包含更多小孔，屏蔽效能将会下降。当这一因素起主导作用时，总的屏蔽效能开始下降。所以，在金属纤维含量增加到一定程度后甚至出现明显的屏蔽效能下降的现象。

　　4结论

　　(1)金属纤维分布及纱线结构对织物屏蔽效能影响较大。分布有不锈钢纤维长丝或短纤的混纺织物在不同测试频段的屏蔽效果不同，在有的频段前者屏蔽效能可能高，在有的频段则后者屏蔽效能更高;纱线结构对屏蔽效能也有较大影响，孔隙线经最小的包芯纱屏蔽效能较好，股线次之，包覆纱则较差。

　　(2)织物总紧度与织物屏蔽效能并不是直接相关，织物中金属纤维含量也不是越多越好，当含量达到一定程度后，可能会出现总的屏蔽效能下降的情况，表明金属纤维混纺纱在疏密之间存在最佳状态，屏蔽频段与织物中导电网网间孔缝线经大小有关。