關于光通信模塊中電磁兼容結構的研究

　　1 引言

　　隨著通信技術的發展，光模塊以及設備的數量和種類不斷增加，使電磁環境日益復雜，電磁污染越來越嚴重。在這種復雜的電磁環境中，如何減少各種電子設備之間的電磁騷擾，提高光模塊的電磁兼容性能，使各種設備可以共存并能正常工作，已成為電子產品設計中的一項關鍵內容。

　　電磁兼容EMC（Electromagnetic Compatibility）設計的目的是：電子設備或系統能在預期的電磁環境中正常工作，無性能降低或故障；同時，對該電磁環境不是一個污染源。為了實現電磁兼容，首先要分析形成電磁干擾的因素，才能找到解決問題的方法。

　　形成電磁干擾必須同時具備以下三因素：

　　① 電磁騷擾源，指產生電磁騷擾的元件、器件、設備、分系統、系統或自然現象。

　　② 耦合途徑或稱耦合通道，指把能量從騷擾源耦合（或傳輸）到敏感設備上的通路或媒介。

　　③ 敏感設備，指對電磁騷擾發生響應的設備。

　　針對以上三個因素，有多種途徑可以抑制電磁干擾的影響，而從光模塊結構設計的角度出發，采用電磁屏蔽的方法來切斷電磁騷擾的耦合途徑，是改善其電磁兼容性能的關鍵而行之有效的技術手段之一。

　　2 電磁屏蔽結構分析

　　2.1 屏蔽效能

　　電磁屏蔽就是對兩個空間區域之間進行金屬的隔離，以控制電場、磁場和電磁波由一個區域對另一個區域的感應和輻射。具體講，就是用屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個系統的騷擾源包圍起來，防止騷擾電磁場向外擴散；用屏蔽體將接收電路、設備或系統包圍起來，防止它們受到外界電磁場的影響。因為屏蔽體對來自導線、電纜、元部件、電路或系統等外部的騷擾電磁波和內部電磁波均起著吸收能量、反射能量和抵消能量的作用，所以屏蔽體具有減弱騷擾的功能。

　　屏蔽體對輻射騷擾的抑制能力用電場屏蔽效能SE或磁場屏蔽效能SH來表示：

　　SE=20lg（E1/E2）（dB）

　　SH=20lg（H1/H2）（dB）

　　式中E1、H1分別為未屏蔽時測得的電場強度和磁場強度；E2、H2分別為屏蔽后測得的電場強度和磁場強度。

　　2.2 屏蔽材料

　　要確定應該使用什么材料制造屏蔽體，需要知道材料的屏蔽效能和材料的什么參數有關。根據屏蔽的機理可以將屏蔽分為三大類：電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁場屏蔽。

　　電場屏蔽是為降低騷擾電場對敏感電路的耦合電壓，在騷擾源和敏感電路之間設置導電性好的金屬屏蔽體，并將金屬屏蔽體接地。只要設法使金屬屏蔽體良好接地，就能使騷擾電場對敏感電路的耦合電壓變得很小。電場屏蔽以反射為主，因此屏蔽體的厚度不必過大，可采用薄層屏蔽或者在塑料上鍍一層薄的導電層。

　　磁場屏蔽有低頻和高頻之分。低頻磁場屏蔽是利用高導磁率的材料構成低磁阻通路，使大部分磁場被集中在屏蔽體內。因此屏蔽體的導磁率越高，厚度越大，磁阻越小，磁場屏蔽的效果越好。當磁場頻率較高時，高導磁材料的導磁率下降，磁損增加，而應采用高導電率材料產生的渦流的反向磁場來抵消騷擾磁場來實現屏蔽。用來屏蔽磁場的屏蔽體均不需接地。

　　電磁場屏蔽一般采用高導電率的材料作屏蔽體，并將屏蔽體接地。它是利用高導電率材料產生的渦流的反向磁場來抵消騷擾磁場，又因屏蔽體接地而實現電場屏蔽。由于隨著頻率的增高，波長變得和屏蔽體上的孔縫尺寸接近，因而電磁場屏蔽的關鍵除了要采用高導電率材料，還要控制屏蔽體的孔縫泄漏。

　　屏蔽材料的導電性能和導磁性能分別用相對電導率σr和相對磁導率μr來衡量，表1中列出了常用屏蔽材料的σr及μr值［1］。