关于光通信模块中电磁兼容结构的研究与设计

1 引 言

随着通信技术的发展，光模块以及设备的数量和种类不断增加，使电磁环境日益复杂，电磁污染越来越严重。在这种复杂的电磁环境中，如何减少各种电子设备之间的电磁骚扰，提高光模块的电磁兼容性能，使各种设备可以共存并能正常工作，已成为电子产品设计中的一项关键内容。

电磁兼容EMC(Electromagnetic Compatibility)设计的目的是：电子设备或系统能在预期的电磁环境中正常工作，无性能降低或故障;同时，对该电磁环境不是一个污染源。为了实现电磁兼容，首先要分析形成电磁干扰的因素，才能找到解决问题的方法。

形成电磁干扰必须同时具备以下三因素：

① 电磁骚扰源，指产生电磁骚扰的元件、器件、设备、分系统、系统或自然现象。

② 耦合途径或称耦合通道，指把能量从骚扰源耦合(或传输)到敏感设备上的通路或媒介。

③ 敏感设备，指对电磁骚扰发生响应的设备。

针对以上三个因素，有多种途径可以抑制电磁干扰的影响，而从光模块结构设计的角度出发，采用电磁屏蔽的方法来切断电磁骚扰的耦合途径，是改善其电磁兼容性能的关键而行之有效的技术手段之一。

2 电磁屏蔽结构分析

2.1 屏蔽效能

电磁屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。具体讲，就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的骚扰源包围起来，防止骚扰电磁场向外扩散；用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。因为屏蔽体对来自导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的骚扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量、反射能量和抵消能量的作用，所以屏蔽体具有减弱骚扰的功能。2.2 屏蔽设计

有两个因素会影响屏蔽体的屏蔽效能：第一，屏蔽体必须是完整的，表面可连续导电；第二，不能有直接穿透屏蔽体的导体，防止造成天线效应。但是在实际应用中屏蔽体上往往有散热孔，或者屏蔽体本身由若干个零件组成，存在装配间隙。

缝隙或孔洞是否会泄漏电磁波，取决于缝隙或孔洞相对于电磁波波长的尺寸。当波长远大于孔缝尺寸时，并不会产生明显的泄漏;当孔缝尺寸等于半波长的整数倍时，电磁泄漏最大。一般要求孔缝尺寸小于最短波长的1/10～1/2。因此，当骚扰的频率较高时，波长较短，须关注这个问题。

对于装配而成的屏蔽体，有以下几种改善屏蔽效能的方式：

① 应使接触面尽量平整，以减小接触阻抗。

② 在接触面上增加弹性导电材料防止电磁波的缝隙泄漏。如导电泡棉或者金属簧片衬垫。

③ 由螺钉联接的组装件，可减小安装螺钉的间距，以减小缝隙长度。

④ 将接触面做成单止口或者双止口的装配方式，以增加屏蔽体密闭性，如图1所示。

图1 止口结构示意图

对于通风孔的设计，可以使用几个小圆孔代替一个大孔，并且保证通风孔之间的间距大于1/2波长。如图2所示。

图2 通风孔示意图3 测试结果及分析

以公司产品为试验平台，在XFP模块管壳结构设计中综合运用上述方法进行优化，制作出模块样品，并针对该样品进行了实际的测试。

改善前的XFP模块电磁骚扰场强在水平方向的测试结果如图3和表1所示：

图3改善前水平方向测试图

表1改善前水平方向测试数据改善后的XFP模块电磁骚扰场强在水平方向的测试结果如图4和表2所示：

图4 改善后水平方向测试图

表2改善后水平方向测试数据

由以上测试数据可见，改善后的电磁骚扰场强最大峰值下降了近2dBμV/m，平均值下降了近6dBμV/m。

4 结束语

在光收发合一模块的结构设计中，必须要将电磁屏蔽设计作为重点考虑的内容。具体展开屏蔽设计时，应先确定骚扰源的特征，再选择合适的屏蔽材料，然后结合适当的屏蔽方式以求达到最佳的屏蔽效果。通过样品的测试结果表明，模块的电磁兼容性能得到了很大的改善，且模块各项工作性能指标没有受到任何影响。