X波段通信的频率选择纺织品、纺织品的制备方法及应用与流程

本发明是关于一种可选择性透过x波段通信信号、截止其它频率电磁波的x波段通信的频率选择纺织品、纺织品的制备方法及该纺织品在通信指挥帐篷等上的应用，涉及纺织品技术领域。

背景技术：

一般将特定形状的导电单元或非导电单元周期排列形成的频率选择表面(fss)，可以选择性通过某些频率电磁波、而截止另一些频率电磁波的结构，在通信窗、天线、雷达反射面、滤波器等诸多领域均得到重要应用，是电磁专业的研究热点。目前，频率选择表面的研究和制备多限于刚性材料，比如在刚性介质上进行金属贴片或在金属板上周期性地开孔，形成具有质硬、加工困难、不易多层复合等缺点。为了获得良好的频率选择特性，通常假设为无限大平面上阵列周期结构，即周期结构的周期数要足够多，才能够避免边缘的不利影响。此外，曲面周期结构的频率选择特性更为复杂，在平面材料上更加容易制备和实现。

对于具有电磁功能的纺织材料，现有研究较多集中在导电、介电、抗静电、电磁屏蔽等方面，多通过对织物整体进行涂层整理、化学镀、磁控溅射或者用具有电磁屏蔽功能的纤维加工成织物，达到整体屏蔽电磁波的目的。施楣梧等人提出纺织品电磁学及电磁纺织品开发的研究思路，通过金属化织物技术，借鉴频率选择表面的周期结构，将诸如正方形、圆形、耶路撒冷子、偶极子等形状的金属导电或非导电介质部分，周期性阵列分布在介质织物或导电织物表面等，可实现电磁波对纺织材料的频率选择性透通，并提出了基本可行的加工制备方法，该方法提出了大致的制备方法和可行的基本原理，但是频率选择表面的具体设计、选择、应用要求等都是非常复杂的科学问题。

针对特定频率和需求，为了成功开发出满足要求的频率选择透通纺织材料，还需要仔细研究以下几个方面：1)需要设计周期结构形状：常用的周期结构有四大类，包括环形、中心连接形、实心型、组合型等，不同结构形状需要采用不同的方法进行制备，并适合特定的用途，比如，环形周期结构不适用于在导电基材上进行直接刻蚀，实心形周期结构不适合低频谐振点等。2)需要计算周期结构尺寸：一方面，对于某一个特定频率，不同形状所对应的尺寸存在显著差异，从而影响实用性能；另一方面，周期结构的各结构尺寸对应不同的含义，不能随意选取，部分尺寸过大会导致栅瓣，或者容易发生形变、产生曲面影响，过小导致加工困难等。3)需要考虑导电基材和非导电基材：基材的不同、导电部分电导率的差异均会导致谐振频率的差异。4)必要的仿真理论计算和实际经验的结合：由于结构、尺寸和基材的组合千变万化，为了开发合适的、具有特定谐振频点的材料，在已知的经验基础上、结合必要的理论计算是必不可少的。

军事领域x波段为雷达通信常用波段，在8～12ghz范围。通常，为了防止电磁干扰，现有帐篷多采用屏蔽织物，通过对电磁波的反射，对屏蔽波段内的所有频率电磁波都进行阻挡，不仅过滤了有害信号，也阻挡了接受需要信号。因此，需要开发电磁波选择性透通帐篷以实现x波段通信，而截止过滤其它频段的干扰信号或危害。显然，对于特定频率的选择性透通，需要基于严格的理论计算和实验验证，并选择合适的周期结构、具有较为精确的周期结构尺寸和分布、配套适合的特定制备方法等；且在应用方面，为了保证结构的周期性和平面性，有些特殊要求。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够可选择性通过x波段电磁信号、截止其它频率电磁波的纺织品、纺织品的制备方法及应用。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种x波段通信的频率选择纺织品，其特征在于，该纺织品是由导电区域和非导电区域构成周期结构；所述非导电区域互不连通，所述非导电区域采用圆环形、正方形或耶路撒冷子非导电结构，与相应的导电结构一起构成形成圆环形、正方形或耶路撒冷形周期结构单元；每一所述圆环形周期结构单元为边长为d的正方形区域，所述正方形与区域内部设置有外径d、内径d-2a的圆环形非导电结构，所述正方形区域内除去圆环形非导电结构所述剩余部分均为导电结构，其中，d为10～16mm，d为9～14mm，a为1～3mm；若干个所述圆环形周期结构单元阵列排布形成圆环形周期结构；每一所述正方形周期结构单元为边长为d的正方形区域，所述正方形区域内部设置有边长为d的正方形非导电结构，所述正方形区域内除去所述正方形非导电结构剩余部分均为导电结构，其中，d为24～26mm，d为8～9mm；若干个所述正方形周期结构单元阵列排布形成正方形周期结构；每一所述耶路撒冷子周期结构单元为边长为d的正方形区域，所述正方形区域内部设置有耶路撒冷子非导电结构，所述正方形区域内除去所述耶路撒冷子非导电结构其余部分均为导电结构，所述耶路撒冷子为正交设置宽度为a且长度为2d的十字交叉区域，且所述十字交叉区域的四个端部分别连通设置有宽度为a且长度为b的矩形区域，其中，d为14～17mm，d为6～12mm，a为1～3mm，b为2～6mm；若干个所述耶路撒冷子周期结构单元阵列排布形成耶路撒冷形周期结构。

进一步地，所述导电区域为转印、涂层或镀覆的金属层，所述金属层包括银、铜、锌、铝、铁镍、铜镍复合的一种或多种金属的复合涂层或镀层；所述金属层还可以采用金属或金属化纤维纱线织造而成。

进一步地，所述非导电区域为常规纺织品，所述常规纺织品由棉、麻、毛或真丝构成的纺织品；或者由涤纶、锦纶、晴纶、丙纶或维纶构成的纺织品；或者由uhmwpe、芳纶或聚酰亚胺构成的各类纺织品；或者前述各类纤维的混纺或交织纺织品。

进一步地，所述导电区域的电导率不低于10⁴s/m。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种x波段通信的频率选择纺织品的制备方法，其特征在于包括以下内容：在非导电纺织品基体上，采用烫金纸烫金、局部化学镀或磁控溅射、导电涂料印花方式，根据设计好的周期结构及尺寸要求，将周期结构的导电部分涂敷在非导电纺织品基体上获得由导电区域和非导电区域构成的周期结构单元阵列排布而成可选择性通过x波段电磁信号、截止其它频率电磁波的纺织品。

进一步地，周期结构采用圆环形周期结构、正方形周期结构或耶路撒冷形周期结构。

进一步地，当周期结构为正方形周期结构或耶路撒冷形周期结构时，在非导电纺织品基体上采用激光切割或电脑刻制方式，将周期结构的非导电部分切割掉，获得由导电区域和非导电区域构成的周期结构单元阵列排布而成可选择性通过x波段电磁信号、截止其它频率电磁波的纺织品。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种x波段通信的频率选择纺织品的应用，其特征在于，采用所述的纺织制作得到帐篷，具体为：将纺织品依据帐篷尺寸进行裁剪，其经纬两个方向上含有至少20个以上频率选择周期结构单元，制备得到可选择性通过x波段、屏蔽其它电磁信号的帐篷。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明经过多年的研究和实验，基于严格的理论计算、样品制备验证和精细的结构设计，提出可选择性通过x波段信号、截止其它频率电磁波、易于制备的纺织品，并进一步提出将该纺织品应用于通信帐篷，满足需要具有屏蔽防护性能的帐篷或墙体纺织品等对x波段通信的需求，以及对其它电磁波可能导致的危险的有效防护。2、本发明可获得屏蔽其它电磁波危害、但是不影响x波段内某一具体通信频率通信的轻质、柔性纺织品及在该波段内的通信帐篷。3、本发明以轻质柔性纺织品作为基材制备了频率选择纺织品，避免了金属频率选择表面不易共形、二次加工以及复合等难题；和常规电磁屏蔽纺织品整体涂敷金属或具有一定导电性能相比，该纺织品只具有局域性的导电部分，使得该纺织品不仅具有频率选择透通性能，还具有更好的透气性能和舒适性能；该纺织品周期结构采用易于制备的圆环形、正方形或耶路撒冷子非导电结构单元，加工方法简单，并可满足较高的加工精度要求。

附图说明

图1是本发明的纺织品的结构示意图，(a)为具有圆环形周期结构的纺织品结构示意图，(b)具有正方形周期结构的纺织品结构示意图，(c)是具有耶路撒冷形周期结构的纺织品结构示意图；

图2是本发明特定形状周期结构单元示意图，(a)为圆环形周期结构单元示意图，(b)为正方形周期结构单元示意图，(c)为耶路撒冷形周期结构单元示意图；

图3是本发明实施例1纺织品的电磁反射系数曲线，横坐标为freq(频率)，单位为ghz，纵坐标reflectioncoefficient(反射系数)，单位为db；

图4是本发明实施例2纺织品的电磁反射系数曲线，横坐标为freq(频率)，单位为ghz，纵坐标reflectioncoefficient(反射系数)，单位为db；

图5是本发明实施例3纺织品的电磁反射系数曲线，横坐标为freq(频率)，单位为ghz，纵坐标reflectioncoefficient(反射系数)，单位为db；

图6是本发明实施例4纺织品的电磁反射系数曲线，横坐标为freq(频率)，单位为ghz，纵坐标reflectioncoefficient(反射系数)，单位为db；

图7是本发明实施例5纺织品的电磁反射系数曲线，横坐标为freq(频率)，单位为ghz，纵坐标reflectioncoefficient(反射系数)，单位为db；

图8是本发明实施例6纺织品的电磁反射系数曲线，横坐标为freq(频率)，单位为ghz，纵坐标reflectioncoefficient(反射系数)，单位为db。

具体实施方式

以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供的x波段通信的频率选择纺织品，由导电区域和非导电区域构成的周期结构，其中，非导电区域部分互不连通，周期结构由具有特定结构及尺寸的图形构成，本发明的周期结构采用圆环形、正方形或耶路撒冷形结构。

如图2(a)所示，圆环形周期结构单元由导电区域1和3、圆环形非导电区域2构成。每一完整的圆环形周期结构单元为边长为d的正方形区域，正方形区域内部设有外径d、内径d-2a的圆环形非导电结构2，正方形区域内除去圆环形非导电结构2的剩余区域1和3均为导电结构，其中，d为10～16mm；d为9～14mm；a为1～3mm。若干个圆环形周期结构单元阵列排布形成圆环形周期结构。

如图2(b)所示，正方形周期结构单元由导电区域1和正方形非导电区域2构成。每一个完整的正方形周期结构单元为边长为d的正方形区域，正方形区域内部设有边长为d的正方形非导电结构2，正方形区域内除去正方形非导电结构2剩余区域1为导电结构，其中，d为24～26mm；d为8～9mm。若干个正方形周期结构单元阵列排布形成正方形周期结构。

如图2(c)所示，耶路撒冷周期结构单元是由导电区域1和耶路撒冷子非导电区域2构成，完整的耶路撒冷子周期结构单元为边长为d的正方形区域，正方形区域内部设有耶路撒冷子非导电结构2，正方形区域除去耶路撒冷子非导电结构2的剩余区域1为导电结构，其中，d为14～17mm，耶路撒冷子正交设置的宽度为a且长度为2d的十字形交叉区域，且十字交叉区域的四个端部分别设置有宽度为a，长度为b的矩形区域，d为6～12mm，a为1～3mm，b为2～6mm。若干个耶路撒冷周期结构单元阵列排布形成耶路撒冷周期结构。

在一个优选的实施例中，导电区域为转印、涂层或镀覆的金属层，金属层包括银、铜、锌、铝、铁镍、铜镍复合等一种或多种金属的复合涂层或镀层；金属层还可以为金属或金属化纤维纱线织造而成。

在一个优选的实施例中，非导电区域为常规纺织品，即由棉、麻、毛、真丝等各类天然纤维，或者涤纶、锦纶、晴纶、丙纶、维纶等各类常用化学纤维，或者uhmwpe、芳纶、聚酰亚胺等高性能纤维，或者前述各类纤维混纺或交织所构成的各类纺织品。

在一个优选的实施例中，导电区域的电导率在10⁴s/m以上。

本发明还提供x波段通信的频率选择纺织品的制备方法，在非导电纺织品基体上，采用烫金纸烫金、局部化学镀或磁控溅射、导电涂料印花方式，根据设计好的周期结构及尺寸要求，将周期结构的导电部分涂敷在纺织品基体上；或者在导电纺织品基体上采用激光切割、电脑刻制方式，根据设计好的周期结构(不适用于环形周期结构)及尺寸要求，将周期结构的非导电部分切割掉；由此，获得了由导电区域和非导电区域构成的周期结构单元阵列形成可选择性通过x波段电磁信号、截止其它频率电磁波的纺织品。

在一个优选的实施例中，非导电纺织品基体是指由棉、麻、毛、真丝等各类天然纤维，或者涤纶、锦纶、晴纶、丙纶、维纶等各类普通化学纤维，或者uhmwpe、芳纶、聚酰亚胺等高性能纤维，或者前述各类纤维混纺或交织所构成的各类纺织品，不具有导电性能。

在一个优选的实施例中，烫金纸烫金，是指将周期结构作为花型，在烫金机压辊上刻制出周期结构花型，通过凹版印花方式将烫金纸上固化的烫金浆转印至纺织品基体上；或者根据周期结构花型，制作网版，将烫金浆网印制至纺织品基体上。烫金浆具有一定的导电性，由此获得了由导电区域和非导电区域构成的周期结构阵列形成可选择性通过x波段电磁信号、截止其它频率电磁波的纺织品。

在一个优选的实施例中，局部化学镀或磁控溅射，是指根据周期结构及尺寸要求，将纺织品基体上的非导电区域进行掩膜，然后进行化学镀或磁控溅射，获得导电区域，由此获得了由导电区域和非导电区域构成的周期结构单元阵列形成可选择性通过x波段电磁信号、截止其它频率电磁波的纺织品。

在一个优选的实施例中，导电涂料印花是指根据周期结构及尺寸要求，设计圆网或平网印花花辊，将含有铜粉、银粉、铝粉或铜包银粉等导电粉体涂料，印制到纺织品基体上，由此获得了由导电区域和非导电区域构成的周期结构单元阵列形成可选择性通过x波段电磁信号、截止其它频率电磁波的纺织品。

在一个优选的实施例中，导电纺织品是指表面电导率不低于10⁴s/m的纺织品。

在一个优选的实施例中，激光切割是指根据周期结构及尺寸要求，对导电纺织品基体进行切割，将周期结构中非导电部分切割掉，只留下导电周期结构部分，由此获得了由导电区域和空隙构成的阵列形成可选择性通过x波段电磁信号、截止其它频率电磁波的纺织品。

在一个优选的实施例中，电脑刻制是指根据周期结构及尺寸要求，采用电脑控制的刻制机对导电纺织品基体进行切割，将周期结构中非导电部分切割掉，只留下导电周期结构部分，由此获得了由导电区域和空隙构成的阵列形成可选择性通过x波段电磁信号、截止其它频率电磁波的纺织品。

综上，本发明的x波段通信的频率选择纺织品可以应用于帐篷，将纺织品依据帐篷尺寸进行裁剪，并注意要保证一个能够发挥频率选择透通性作用的纺织品，其经纬两个方向上，必须分别含有至少20个以上频率选择表面周期结构单元，即20个边长为d的特定形状结构，该帐篷需要形成密闭结构，当密闭时，每个外侧面均由该纺织品制备。即可制备得到可选择性通过x波段、而屏蔽其它电磁信号的帐篷。

下面通过具体实施例详细说明本发明的x波段通信的频率选择纺织品的制备方法，本实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1：以高强尼龙纺织品作为基材，经纬纱支222dtex×222dtex，采用经纬密度为330×260根/10cm，平方米重为250g/m²。采用图1(a)所示的圆环形周期结构，一个完整圆环形周期结构单元尺寸为d＝10mm、r＝9.4mm、a＝1mm。根据该结构和尺寸，一个一个圆环形结构紧密排列，制备尺寸为92cm×150cm的圆网，其中，导电部分为漏浆部分。采用电导率为10⁷s/m的导电银浆，将导电银浆通过圆网印制到高强尼龙基材上，180℃烘干，即获得印制有导电区域和非导电圆环区域周期排列的纺织品。该纺织品的谐振点在12ghz，谐振处反射系数-40.39db，如图3所示。将该纺织品进行裁剪缝制，注意一个完整的长方形裁片经纬方向均含不低于150个圆环形周期结构单元，由此制备得到帐篷，为了保证严格的频率选择，帐篷为密闭帐篷，可通过x波段通信频率，而截止其它频率电磁波。

实施例2：以平纹组织的涤纶纺织品为基材，经纬纱支均为389dtex/144f，经纬密为234×210根/10cm，平方米重为197g/m²。采用图1(a)所示的圆环形周期结构，圆环形周期结构单元尺寸为d＝16mm；d＝13.8mm；a＝3mm。将该结构在烫金机压辊上刻制凹凸图案，压辊图案的凸出部分与结构中的金属区域一致。选取市售烫金纸，将其载体薄膜面向上，转移层向下与布料基底紧贴，采用圆压平烫、转移印花工艺，其中加热温度170℃、压力8kg/cm²，烫印时间7s。烫金纸中的电镀层(电导率为4×10⁴s/m)按设计的图案转印至纺织品上，即获得印制有导电区域和非导电圆环形区域周期排列的纺织品。该纺织品的谐振点在11.5ghz，谐振处电磁波反射系数为-47.08db，如图4所示。将该纺织品进行裁剪缝制，注意一个完整的长方形裁片经纬方向均含不低于100个圆环形周期结构单元，由此制备得到帐篷，为了保证严格的频率选择，帐篷为密闭帐篷，可通过x波段通信频率，而截止其它频率电磁波。

实施例3：以表面镀覆铜镍的涤纶导电纺织品为基地，电导率为3.5×10⁵s/m，经、纬纱支为270dtex×270dtex，经纬密度486×325根/10cm，克重220g/m²。在激光切割机上，输入图1(b)所示的正方形周期结构，单元尺寸d＝26mm；d＝8mm。按照该尺寸，将导电纺织品进行切割，留下互为连通的导电部分和正方形空隙，即获得导电和非导电正方形空隙周期排列的纺织品。该纺织品的谐振点在11.2ghz，谐振处反射系数-10.11db，如图5所示。将该纺织品进行裁剪缝制，注意一个完整长方形裁片经纬方向均含有70个正方形周期结构单元，由此制备得到带有可开合口的密闭型帐篷，可通过x波段通信频率，而截止其它频率电磁波。

实施例4：以表面镀覆银的尼龙导电纺织品为基地，电导率为3×10⁶s/m，经、纬纱支为250dtex×250dtex，经纬密度500×300根/10cm，克重210g/m²。在电脑刻制机上，输入图2(b)所示的正方形周期结构单元，尺寸d＝24mm；d＝9mm。按照该尺寸，将导电纺织品进行切割，留下互为连通的导电部分和正方形空隙，即获得导电和非导电正方形空隙周期排列的纺织品。该纺织品的谐振点在11.9ghz，谐振处反射系数-16.10db，如图6所示。将该纺织品进行裁剪缝制，注意一个完整的长方形裁片经纬方向均含有50个正方形周期结构单元，由此制备得到带有可开合口的密闭型帐篷，可通过x波段通信频率，而截止其它频率电磁波。

实施例5：以超细涤纶纺织品为基材，经纬纱支为83dtex/72f×167dtex/144f，经纬密为234×210根/10cm，平方米重为120g/m²。采用图2(c)所示的耶路撒冷形周期结构单元，尺寸为d＝14mm；d＝6mm；a＝1mm；b＝4mm。根据该结构制备掩膜，其中，导电部分均镂空。将掩膜贴在纺织品基材上，进行真空磁控溅射,溅射过程中，被掩膜遮盖的部分不能溅射有金属，为非导电区域。采用铜靶和镍靶，先进行铜靶溅射，再进行镍靶溅射，获得的导电区域电导率为5×10⁴s/m。由此获得具有图1(c)所示的耶路撒冷形结构的纺织品，该纺织品谐振点为11.8ghz,谐振处反射系数为-25.59db，如图7所示。将该纺织品进行裁剪缝制，注意一个完整的长方形裁片经纬方向均含有100个耶路撒冷周期结构单元，由此制备得到带有可开合口的密闭型帐篷，可通过x波段通信频率，而截止其它频率电磁波。

实施例6：以涤纶/锦纶混纺纺织品为基材，经纬纱支为83dtex/72f×167dtex/144f，经纬密为234×210根/10cm，平方米重为120g/m²。采用图1(c)所示的耶路撒冷形周期结构，耶路撒冷周期结构单元尺寸为d＝17mm；d＝12mm；a＝1mm；b＝2mm。根据该结构制备掩膜，其中，导电部分均镂空。将掩膜贴在纺织品基材上，进行铜镍复合化学镀，获得的导电区域电导率为10⁵s/m。化学镀过程中，被掩膜遮盖的部分为非导电区域。由此获得具有图1(c)所示的耶路撒冷形周期结构纺织品，该纺织品谐振点为9.1ghz,谐振处反射系数为-37.85db，如图8所示。将该纺织品进行裁剪缝制，注意一个完整的长方形裁片经纬方向均含有120个耶路撒冷形周期结构单元，由此制备得到带有可开合口的密闭型帐篷，可通过x波段通信频率，而截止其它频率电磁波。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。