电子设备已成为人们的随身物品，陪伴人们日常生活和工作，但电子产品所释放出来的电磁辐射^[1]不仅使人产生不良反应，甚至对人体健康产生危害。有研究表明电磁辐射^[2]是继水源、噪声和大气之后的第四大环境污染，有效防止电磁辐射的伤害成为开发防电磁辐射产品的重点^[3]。电磁屏蔽织物^[4]具有强屏蔽效能、高舒适性及低成本等优点，被广泛用于民用及军工领域。当前，人们对电磁屏蔽织物的研究多集中于单层织物的功能实现，其屏蔽效能具有一定的局限性，为此有研究者^[5-6]针对如何有效提高屏蔽效能做过大量工作，通过不同电磁屏蔽织物的叠加组合能够有效实现这一目标^[7]。Marciniak等^[8]及梁然然等^[9]通过研究叠放角度、叠放间距、叠放方式等对双层及多层织物屏蔽效能的影响，发现双层织物的屏蔽效能随着层间距离的增加而逐渐增大；李雯等^[10]从面料类型角度出发研究了不同类型面料叠加组合对双层织物屏蔽效能的影响变化规律，得出织物组合方式影响多层织物的屏蔽效能。易韵等^[11]采用时域有限差分方法分析计算得出双层织物的屏蔽效能明显高于单层织物；Richard^[12]通过对双层织物的屏蔽效能计算，发现比具有同样厚度的单层织物屏蔽效能总和高6 dB；王永红等^[13]从数学传输线解析模型出发，解析了平面波屏蔽效能随双层织物夹角θ的变化规律，得出随着夹角θ的增大，平面波的屏蔽效能也增大；郭馨等^[14]说明电磁屏蔽镀银织物的屏蔽效能可达到76.7 dB，且水洗10次之后屏蔽效能仍能达到45 dB，具有广泛的使用价值。

本文通过对单、双层镀银织物不同叠放角度、叠放方式等的电磁屏蔽测试，根据电磁波屏蔽效能原理，通过实验数据分析了电磁屏蔽镀银织物层数，同类型织物中间夹持不同厚度空气层、不同叠放角度及不同配置双层织物等对其屏蔽效能的影响，为提高电磁屏蔽织物屏蔽效能的开发与制作提供参考。

1 实验 1.1 实验材料

镀银织物(北京洁尔爽高科技有限公司)具体规格如表 1所示，试样大小为40 cm×40 cm。

1.2 实验方案

本文选取屏蔽效能较好的镀银织物设计了3组对比实验，如表 2所示，研究其单双层、夹角叠放双层、及夹持空气层双层织物的屏蔽效能，探索双层织物屏蔽效能影响因素及规律。

双层织物不同夹角、及夹持不同厚度空气层叠放方式如图 1、2所示。双层织物不同夹角即为双层面料经纬纱向叠放时夹角分别为0°、30°、45°、60°、90°的方式。夹持不同厚度空气层的叠放方式就是对图 2中织物A、B(织物B是织物A的中间镂空状态)的不同叠加组合：夹一层空气层试样为A+B+A组合；夹两层空气层试样为A+B+B+A组合；夹三层空气层试样为A+B+B+B+A组合。

1.3 测试方法

采用DR-S08小窗法屏蔽效能测试箱，AV3629D微波矢量网络分析仪搭建系统，并依据GJB 6190- 2008《电磁屏蔽性能测量方法》测试织物的屏蔽效能，频率范围为0~18GHz，该测试方法测试的频率宽、面积大；采用日本生产的KeyenceVHX-600激光显微镜观测织物的表面结构；采用德国型号为Sigma300的牛津能谱扫描电子显微镜观察镀银织物的表面形貌。

2 结果与分析 2.1 织物结构与表面形貌

为了更好的分析面料的屏蔽效能，采用激光显微镜观测织物的表面结构，测试结果如图 3所示。由图 3可知，A1织物是由镀银纤维纱线相互串套而成，纤维表面被镀银层均匀包裹，色泽鲜亮。A2织物是由镀银纤维纱线纵横交错编制而成，银纤维的分布较为均匀紧密。但两个织物纱线之间均有些许空隙，而电磁波传播时更容易从此空隙传出。

采用扫描电镜观察镀银织物的纤维表面形态，其结果如图 4所示。由图 4可知: 两个镀银织物纤维表面均被银粒子形成的膜层均匀包裹, 也有团聚的银粒子沉积在各纤维之间, 高倍下可观察到单根纤维上包裹的银膜层之间有空隙, 但基本连接紧密。其银纤维的分布也较为均匀，完整的铺散于整个织物中，在织物上形成了链接畅通、覆盖均匀的导电网络，可提高织物的导电性能及电磁屏蔽效能。

2.2 双层织物的屏蔽效能 2.2.1 单双层织物电磁屏蔽模型

不管是单层织物还是双层织物，其电磁屏蔽效能产生的机理具体可用图 5进行分析^[15]。图 5表达了电磁屏蔽效能产生机理，即电磁波透过织物的屏蔽效能^[16]可以分为以下三条路径：

1) 电磁波在入射屏蔽织物表面的反射损耗用R表示, 其中R=168-101g(fμ_γ/σ_γ);

2) 未被表面反射而进入屏蔽织物内部的电磁波被屏蔽织物吸收的损耗用A表示, 其中$ A=1.31 d \sqrt{f \mu_\gamma \sigma_\gamma} $;

3) 电磁波在屏蔽织物内部的多次反射衰减用B表示, 其中$ B=201 \mathrm{~g}\left(1-e^{-2 d \sqrt{{\rm{ \mathsf{ π} }} \mu_\gamma \sigma_\gamma}}\right)$(只在吸收衰减＜15 dB情况下才有意义)。

式中：f为电磁波的频率；μ_γ为电磁波的磁导率；σ_γ为电磁波的电导率；d为织物的厚度。

因此, 对于单层织物其电磁屏蔽效能为：SE(Ⅰ)= Α(Ⅰ)+R(Ⅰ)+Β(Ⅰ)。对于单层织物来讲, 其中Β(Ⅰ)=0，那么SE(Ⅰ)=Α(Ⅰ)+R(Ⅰ)。

对于双层织物，是将两个单层屏蔽织物紧密叠合在一起，形成一个双层屏蔽体。双层织物模型表达了其电磁屏蔽效能产生机理，即屏蔽效能为：SE(Ⅱ)=Α(Ⅱ)+R(Ⅱ)+Β(Ⅱ)。式中的Α(Ⅱ)、R(Ⅱ)和B(Ⅱ)分别为总吸收损耗、总反射损耗和两层织物间空气夹层中的反射损耗。由双层织物模型可知，R(Ⅱ)只与织物的表面有关，虽为双层织物，但反射只有一个，与单层织物的反射相同，即R(Ⅱ)=R(Ⅰ)；Α(Ⅱ)在织物材料没有变化时只与材料的厚度有关，织物的不同叠放方式不会造成厚度的改变，所以Α(Ⅱ)=Α(Ⅰ)+Α(Ⅰ)；而B(Ⅱ)的变数多一些，因两层织物间空气层的存在，形成织物间空气层的多次反射修正项B(Ⅱ)主要与双层织物的空气厚度，空气相位常数即波阻抗相关。所以双层织物的电磁屏蔽效能不仅与构成双层屏蔽体的单层织物的结构、材料、电导率、磁导率、厚度及织物的叠放模式相关，而且还与两层织物间空气层的厚度有关。

2.2.2 紧密叠放双层织物

图 6分别示出A1、A2两种镀银织物单层、双层紧密叠加时在0~18 GHz频段的屏蔽效能测试结果。从图 6可知，镀银织物双层叠加时其电磁屏蔽效能都大于单层织物，其值可达70 dB，两层织物的叠加使屏蔽效能在全频段内的波动弱化幅度减小，进一步趋向均匀。分析认为：双层织物叠加使屏蔽体的厚度增加，电磁波在其中的吸收损耗增加，当电磁波透过屏蔽体时，电磁波在该屏蔽体中会产生涡流发热而衰减，电磁场强度会随着深入的距离按指数规律衰减，屏蔽体越厚，吸收衰减越大，使得双层织物的屏蔽效能提高。

两种织物在不同频段的屏蔽效能有所区别，织物A1与A2相比，屏蔽效能小但幅度相对均匀，这与织物的结构参数、材料聚集的均匀程度有关，A1为罗纹针织物，从结构上看相对蓬松均匀，不同频率电磁波容易透过，而A2为紧实的机织物，存在周期性的不均匀结构，当电磁波透过时，这种周期性的不均匀结构与频率相互作用，使屏蔽效能在不同频率时出现对应的波动，经过双层叠加后这种波动匀化，出现图 6(b)所示的典型形态。A1+A2叠加时屏蔽效能的增量明显，屏蔽效能在不同波段的波动性得到了改善但仍然显示出与机织物波动性相关的特征。

双层织物可以用不同夹角模式进行叠放。将A1、A2两种面料以不同夹角双层紧密叠放进行屏蔽效能测试，其结果如图 7所示。由图 7可知，镀银织物不同夹角叠放时屏蔽效能均达到60 dB以上，在高频时与无夹角叠放方式趋近，小夹角叠放时屏蔽效能在全频率范围比较稳定。A1、A2在低频0~1 GHz和高频15~18 GHz内90°夹角与其他夹角双层叠放相比屏蔽效能居中，而在中频1.7~14 GHz内90°夹角的屏蔽效能最低，总体来说大夹角双层叠放(90°)时使双层织物的屏蔽效能降低。层间夹角叠放双层织物屏蔽效能的变化主要与电磁波在织物层间多次反射的方向改变有关，改变越多，更容易形成漏波，造成屏蔽效能下降。

2.2.3 夹空气层叠放双层织物

图 8分别示出在A1、A2两种镀银织物中夹持不同厚度空气层时双层织物的屏蔽效能，双层织物中空气层的厚度直接影响电磁屏蔽效能，空气层厚度设计为织物厚度的整数倍(0~3倍)。从图 8可以看出，双层屏蔽织物的屏蔽效能变化基本相同且变化幅度较小，在0~6.5 GHz范围内织物的屏蔽效能随空气层厚度的增加而增大。A1织物在0~1 GHz时中间夹2层空气厚度的屏蔽效能和夹1层相同；A2织物在0~1 GHz时中间夹2层空气厚度的屏蔽效能和夹3层相同。各电磁屏蔽织物在3 GHz时不同层数的屏蔽效能均达到峰值，在14.5~17 GHz频段内织物紧密叠放时的屏蔽效能最好，夹持的空气使织物的屏蔽效能降低。因此通过改变屏蔽体中夹持空气层厚度有利于提高0~6.5 GHz频段的屏蔽效能，但在其它波段的屏蔽效能基本呈下降趋势，尤其不利于高频电磁波的屏蔽。

2.3 双层织物屏蔽效能增量分析 2.3.1 双层织物电磁屏蔽效能增量模型

电磁屏蔽效能增量，这里是指镀银织物在不同频段的双层叠放屏蔽效能与单层屏蔽效能的差值，表达为：ΔSΕ=ΔΑ+ΔR+ΔΒ，其中ΔΑ是电磁波在屏蔽层中的吸收损耗增量，ΔR是电磁波在两界面处的反射损耗增量，ΔΒ是电磁波在两屏蔽层界面之间的多次反射损耗增量。

反射损耗增量：ΔR=R(Ⅱ)-R(Ⅰ)=0，双层紧密叠放织物对电磁波的反射损耗与单层织物反射损耗的增量为零；

吸收损耗增量：ΔA=A(Ⅱ)-A(Ⅰ)，由于双层是由同一织物构成的，电磁波在屏蔽层中的吸收损耗增量ΔA=A(Ⅱ)-A(Ⅰ)=A(Ⅰ)；

空气层损耗增量：ΔB=B(Ⅱ)-B(Ⅰ)，空气层损耗增量则与增加的空气层厚度、两层织物的叠放模式形成的表面反射配对密切相关。当SE值大于15 dB时，一般认为B(Ⅱ)=B(Ⅰ) = 0，ΔB = 0。

综上，双层织物针对单层织物的屏蔽效能增量就是SE(Ⅱ)-SE(Ⅰ)=A(Ⅱ)-A(Ⅰ)+R(Ⅱ)-R(Ⅰ) + B(Ⅱ)-B(Ⅰ)，即SE(Ⅱ)-SE(Ⅰ)=ΔA+ΔB, 该增量主要体现在吸收损耗和由叠放模式所引起的层间多次反射折射损耗两方面。很显然，双层织物的电磁屏蔽效能大于单层的屏蔽效能，其增量不仅与织物厚度有关，还与两层织物不同叠放模式有关。

2.3.2 紧密叠放双层织物

镀银织物对电磁波的屏蔽主要以反射损耗为主，高频电磁波穿透第1屏蔽层，然后在两屏蔽层之间的空间内形成多次反射，会有一部分电磁波穿透第2屏蔽层而透过，电磁波的频率越高，透过第2屏蔽层的电磁波越多，双层电磁屏蔽织物的屏蔽效能越小，其电磁屏蔽效能增量越小。计算镀银织物单层与紧密叠放双层织物的屏蔽效能增量，结果如图 9所示。

从图 9可以看出，电磁屏蔽效能增量随着频率的变化而变化，而且还会出现负增量，说明双层织物针对有些频率不因结构叠加而增加电磁波的屏蔽效能，反而成为电磁波泄露的突破点，从而出现增量为负。在全波段上不同夹角双层织物电磁屏蔽效能增量值基本均大于0，说明不同夹角双层紧密叠放有利于电磁屏蔽效能的提高，但对于90°夹角双层织物电磁屏蔽效能增量在有些频段出现小于0，说明这种叠放模式有时候不利于电磁屏蔽，这应该与电磁波的偏振性有关，可能在90°夹角时刚好有利于电磁波的透过。从增量角度看，不论是机织物还是针织物，双层织物紧密叠放时有利于电磁屏蔽效能的增加，但尽量不要有夹角。

对双层织物不同角度紧密叠放的电磁屏蔽效能增量，选取频率为7 GHz时分析，如图 10所示。由图 10可知，当频率为7 GHz时，A1、A2各角度的屏蔽效能增量均为正值，说明不同角度叠放在此频率均有利于屏蔽效能的提高。图中两种织物叠放角度均为30°时屏蔽效能增量值最高，90°增量值最小，证明了在此频率阶段，提高双层织物屏蔽效能的方法为30°紧密叠放。

2.3.3 夹空气层双层织物

夹空气层双层织物的屏蔽效能增量如图 11所示。夹空气层双层织物与单层织物之间屏蔽效能增量波动较大，随着频率的增加，波动曲线整体呈下降趋势，在高频时尤其明显，甚至使增量为负。

对于A1罗纹针织物，在频段0~14.5 GHz内无论是否夹空气层其增量值均为正，特别是在0~6.5 GHz存在夹空气层双层织物的屏蔽效能优于紧密叠放状态，基本存在夹持空气层厚度越大增量值越大；在中频6.5~14.5 GHz内增量值波动较大，增量值的大小排序交错变化，但仍然大于0；当频率超过14.5 GHz时，增量值开始在夹持厚度为3时出现负值，这时增量值的秩序与低频刚好倒过来。对于机织物A2的增量值波动明显大于针织物A1，屏蔽效能增量与频率有关，更主要与织物的结构类型有关：在频段0~14.1 GHz内无论是否夹空气层其增量值均为正，特别是在0~6.5 GHz存在夹空气层双层织物优于紧密叠放状态，空气层厚度越大增量值越大；在中频6.6~14.1 GHz内增量值波动较大，但紧密叠放双层织物的增量值最大；当频率超过14.1 GHz时，所显示的规律与A1针织罗纹织物相似，紧密叠放时优于中间含有一定厚度空气双层织物的屏蔽效能。可以认为双层织物屏蔽效能是因为两层屏蔽体内部与两层空气间的多次反射，空气层厚度越大，多次反射损耗越大，双层织物的屏蔽效能就越好，但电磁波在织物层间多次反射，由于织物结构的不均匀容易形成漏波，造成屏蔽效能下降，增量成负值，特别是高频波段。夹空气双层织物的叠放模式对屏蔽低频段电磁波有益，具有一定的实际应用价值。

对于双层织物夹不同厚度空气层叠放的电磁屏蔽效能增量，选取频率为2 GHz时进行分析，如图 12所示。

当频率为2 GHz时双层织物夹不同厚度空气层叠放的屏蔽效能增量值均为正值，说明夹空气层的叠放模式有助于双层织物屏蔽效能的提高，并且随着夹空气层数的增加增量值有提高的趋势。图中夹两层厚度空气层时的屏蔽效能较紧密叠放的1层时有较大的提高，而夹两层与夹三层的屏蔽效能增量值提高较小甚至降低，所以双层织物夹两层空气层叠放模式较有利于双层织物屏蔽效能的提高。

3 结论

1) 镀银织物双层紧密叠加时的屏蔽效能明显高于单层织物且最高可达70 dB，双层织物中间夹持不同厚度空气层与双层织物不同经纬向夹角的叠放模式在某些频段均有利于其屏蔽效能的提高。

2) 双层紧密叠放有利于电磁屏蔽效能的提高，带夹角双层织物会使屏蔽效能增量减小；夹空气层双层结构的屏蔽效能增量波动较大，整体呈下降趋势，在频段0~14.1 GHz内增量值为正，有助于屏蔽低频电磁波，在高频14.1~18 GHz频段内增量值为负值。

3) 电磁屏蔽效能的增量模型为电磁屏蔽效能分析提供了一个新的视角，通过结构优化探索屏蔽体构造的最佳配置，对电磁屏蔽体的设计、生产及使用具有一定的参考价值。