CN114063230A - 一种可降低电磁干扰的光模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可降低电磁干扰的光模块，包括：电路板；金属壳体，设置为腔体结构，连接所述电路板、且所述金属壳体边缘与所述电路板之间具有间隙；若干个鳍片结构，间隔设置于所述腔体结构内部，以对所述电路板上辐射源发出的电磁波进行反射消耗，减少通过所述间隙出射的电磁波。其可以能够明显减少光模块对外的电磁辐射，改善产品的电磁兼容性能。

Description

一种可降低电磁干扰的光模块

技术领域

本发明属于光通信光模块技术领域，更具体地涉及一种可降低电磁干 扰的光模块。

背景技术

随着国内外4G网络的普及和全球5G系统的推广，光网络和数据系统 的需求将急剧增长，尤其是网络购物，小视频应用，远程教育，高清直播， 安防监控，云服务，AR，VR，物联网等应用需求的兴起，使得网络数据流 量呈现爆发式增长，也将会对承载网络进行冲击，所以作为光网络和数据 系统的核心部分数据中心和5G基站的系统建设也必将日益增长。在建设光 网络和数据系统的同时，也对承载网传输效率和可靠性提出更高的要求。

而光模块作为光通信网络中较为重要的环节之一，其性能对于网络效 率和可靠性有一定的制衡作用。光模块作为一种光电转换的电子产品，从 其自身特点和其使用环境上讲，都不可避免遇到电磁干扰现象。

电磁干扰(ElectroMagnetic Interference，EMI)分为三个方面，一是电 子产品自身工作过程中产生的电磁波，对外发射而对其他电子产品、设备、 装置、系统产生干扰造成性能降低或者损坏。二是电子产品在工作过程中， 受到其他产品、设备、系统传递过来的电磁波，而使该电子产品性能下降 或损坏。三是电子产品在工作过程中，对外辐射的电磁波对生物或物质产 生不良影响。电磁干扰对人类活动的三大危害：1、电磁干扰会破坏或降低 电子设备的工作性能。2、电磁干扰能量可能引起易燃易爆物的起火和爆炸。 3、电磁干扰能量可对人体组织器官造成伤害，危害人类的身体健康。

随着光模块速率逐渐提高，作为光模块重要的安全性、可靠性、兼容 性重要评估项目之一，电磁干扰对产品的影响越来越重要。将直接反应出 产品的性能和产品可靠性。因此，在产品设计中需要设计相应的解决方案， 降低电磁干扰对产品性能的影响。

目前采用的降低光模块电磁干扰的方案有：光模块内部增加吸波材料， 但是吸波材料采购成本高，增加了材料成本；增加了贴吸波材料的工艺工 序，导致增加了工艺复杂性；达到吸收饱和限度后，吸波材料对电磁波的 吸收就失去作用，导致吸波材料有吸收饱和限度；频率范围以外的电磁波 吸收效果不明显，导致吸波材料只对特定频率范围的电磁波吸收比较明显。

还有采用设计尽量密封的光模块壳体结构的方案，但是光模块内部空 间需要最大给PCB和光器件，留给外壳结构的空间有限，导致设计局限性 大；无法做到完全密封，而细小的缝隙反而会增大电磁辐射，导致不可避 免有电磁泄漏和电磁透射。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种可降低电磁 干扰的光模块，能够明显减少光模块对外的电磁辐射，改善产品的电磁兼 容性能。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种可降低电磁干扰的模块， 包括：电路板；金属壳体，设置为腔体结构，连接所述电路板、且所述金 属壳体边缘与所述电路板之间具有间隙；若干个鳍片结构，间隔设置于所 述腔体结构内部，以对所述电路板上辐射源发出的电磁波进行反射消耗， 减少通过所述间隙出射的电磁波。

在本发明的一个实施例中，所述鳍片结构与所述金属壳体设置为一体 结构，自所述腔体结构底部向所述电路板延伸。

在本发明的一个实施例中，所述鳍片结构采用金属材料，对所述电路 板上辐射源发出的电磁波进行反射消耗以及吸收消耗。

在本发明的一个实施例中，所述鳍片结构的主体材料为锌合金，镀层 材料包括铜和镍。

在本发明的一个实施例中，所述鳍片结构的高度范围为：1/4H≤h≤3/4H， 其中H为所述电路板上的辐射源与所述腔体结构底部之间的距离，h为所 述鳍片结构的高度。

在本发明的一个实施例中，所述鳍片结构的高度范围为： 0.5mm≤h≤2.5mm，h为屏蔽鳍片的高度。

在本发明的一个实施例中，相邻两个所述鳍片结构之间的间距范围为： 5t≤L≤50t，其中t为所述鳍片结构的厚度，L为相邻两个所述鳍片结构之间 的间距。

在本发明的一个实施例中，所述鳍片结构的厚度范围为： 0.2mm≤t≤1.5mm，t为所述鳍片结构的厚度。

在本发明的一个实施例中，相邻两个所述鳍片结构之间的间距范围为： 1mm≤L≤10mm，L为相邻两个所述鳍片结构之间的间距。

在本发明的一个实施例中，所述鳍片结构的形状包括：矩形、梯形、 三角形以及三角圆顶型。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够 取得下列有益效果：

本发明提供了一种新的光模块结构设计方案，该方案不增加原材料成 本，也不会增加额外的工序，并且对电磁波几乎全波段屏蔽。即在保证产 品外观不变，且符合协议标准的前提下，在模块内部设计对电磁波吸收和 屏蔽的鳍片，使得辐射源发出的电磁波在屏蔽鳍片之间产生多次反射和透 射，以增加电磁波在屏蔽鳍片上的吸收损耗，减少电磁辐射对光模块外面 的电磁波泄漏，实现对辐射源辐射出的电磁波吸收、屏蔽，减少对光模块 外部的辐射，减少电磁干扰。

附图说明

图1为本发明实施例提供的可降低电磁干扰的光模块的结构示意图；

图2为现有技术中的光模块的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的可降低电磁干扰的光模块中的电磁波传播 示意图；

图4a-4d为本发明实施例提供的可降低电磁干扰的光模块的鳍片结构 示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的 特征可以互相组合。下面将参考附图并结合实施例来说明本发明。

为了使本领域普通技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结 合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全 部的实施例，都应当属于本发明的保护范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第 一”、“第二”等适用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或 先后次序。应当理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描 述的本发明实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。 此外。术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排 他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或 设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出 的或对于这些过程、方法、产品或设备国有的其他步骤或单元。

如图1所示，本发明实施例提出一种可降低电磁干扰的光模块，例如 包括：电路板11、金属壳体12以及若干个鳍片结构13。其中，电路板11 例如为PCB板，金属壳体11设置为腔体结构，连接电路板11，并且金属 壳体12的边缘与电路板11之间具有间隙。

如图2所示是传统的光模块外壳内部腔体结构，辐射源发出的电磁波1 至4经过几次反射后，就可以通过壳体前端和尾端的间隙处泄漏出去，对 其他电子产品造成电磁干扰。

在本发明提供的可降低电磁干扰的光模块结构中，金属壳体12的腔体 结构内部例如设计高度不等，厚度和间距特定的可屏蔽电磁干扰的鳍片结 构13。进一步的，该鳍片结构13同样采用金属材料，可以使从辐射源发出 的电磁波在传播过程中经过该鳍片结构13时发生衰减，即能量有了损耗， 这种损耗可以分成两部分，反射损耗和吸收损耗。

其中，吸收损耗：电磁波在穿透单个屏蔽鳍片结构时的能量损耗主要 是由于涡流引起的，其中，涡流的作用：1、产生反向电磁波来抵消部分 原干扰电磁波，是电磁场相互抑制的作用。2、产生热损耗，电磁波在金属 导体内部会转换成热量。

其中，反射损耗：由于电磁波在两种介质的分界面上遇到阻抗变化而 产生的损耗。辐射源发出的电磁波大多数可以在屏蔽鳍片之间多次反射， 如图1中所示的电磁波1至6，每反射一次就会有部分能量被损耗。

如图3所示，以某一个电磁波(平面波)为例，说明电磁波在每一个 界面的能量损耗。电磁波4-1在α界面反射部分电磁波4-7，另外部分透射 到鳍片结构13内部形成4-2；电磁波4-2在鳍片结构13内部到达β界面时 再次反射部分电磁波4-4，另外部分透射到鳍片结构13外部形成4-3；电磁 波4-4在鳍片结构13内部到达α界面时，再次反射部分电磁波4-5，另外 部分透射到鳍片结构13外部形成4-8；电磁波4-5在屏蔽鳍片内部到达β 界面时，此时反射部分的电磁波已大量衰减，可以忽略不计，剩下少部分 电磁波透射到鳍片结构13外部形成4-6。

电磁波4-7和4-8会在B区域内，在鳍片结构13上再次发生反射和吸 收，产生吸收损耗和反射损耗，直至电磁波能量衰减到忽略不计。电磁波 4-3和4-6会在C区域内，在鳍片结构上再次发生反射和吸收，产生吸收损 耗和反射损耗，直至电磁波能量衰减到忽略不计。因此电磁波4-1大部分在 鳍片结构13上因为吸收损耗和反射损耗而大大衰减，以至逸散到壳体外部 的电磁波能量大大减少。

同理，其他方向的电磁波也会在鳍片结构13上经过多次反射和透射产 生反射损耗和吸收损耗，能量大大衰减。根据能量守恒原理，辐射源发出 的电磁波能量E0，被金属壳体12中的鳍片结构13吸收转化为热能的电磁 波E1和逸散到金属壳体12外部的电磁波E2的关系：E0＝E1+E2，E1增大 时，E2减小。该鳍片结构13可以大大的增加E1的数值，即增加电磁波在 金属壳体12内转化为热能的数值，来减小逸散到光模块金属壳体12以外 的电磁波E2，即减小光模块对外电磁干扰，提高光模块电磁兼容性。

在本发明的一个实施方式中，鳍片结构13例如与金属壳体12设置为 一体结构，自金属壳体12的腔体结构底部向电路板11所在的方向延伸。 整体结构简单，鳍片结构13与金属壳体12在制造时可一体成型，无需复 杂的制造工艺。

在本发明的一个实施方式中，鳍片结构13的主体材料例如采用锌合金， 镀层材料包括铜和镍，能够达到对电磁波反射消耗和吸收消耗的效果。当 然，在本发明的其他实施方式中，鳍片结构13也可以采用其他材料制作， 能够实现对电磁波的反射消耗和吸收消耗即可，本发明并不以此为限制。

在本发明实施例中，设计电磁波屏蔽鳍片的原理是：在光模块外壳内 腔中增加鳍片结构，经过鳍片高度，厚度，间距等参数的仿真和模拟，设 计具体结构尺寸数据，以达对电磁波的最大吸收效果。减少光模块产品的 电磁干扰，提高电磁兼容性。

在本发明的一个实施方式中，鳍片结构13的高度范围例如满足：1/4H≤h ≤3/4H，其中H为电路板11上的辐射源与所述腔体结构底部之间的距离， h为鳍片结构13的高度。如此一来，能够保证对大多数辐射源发出的电磁 波进行反射和吸收，同时不影响电路板11上的电路器件。具体的，鳍片结 构13的高度范围例如为：0.5mm≤h≤2.5mm，h为屏蔽鳍片的高度，其可以 满足在现有光模块壳体结构中的设计。

在本发明的一个实施方式中，相邻两个鳍片结构13之间的间距范围例 如满足：5t≤L≤50t，其中t为鳍片结构13的厚度，L为相邻两个鳍片结构 13之间的间距。由于对于同一辐射源发出的电磁波，经由2-3个鳍片结构 13进行反射消耗和吸收消耗之后几乎可以忽略不计，达到理想的电磁干扰 降低效果，因此通过上述设置方式能够在保证电磁干扰降低效果的前提下 避免鳍片结构13的设置对金属壳体12内部的其他部件的安装产生影响。 具体的，鳍片结构13的厚度范围为：0.2mm≤t≤1.5mm，t为鳍片结构13的 厚度；相邻两个鳍片结构13之间的间距范围为：1mm≤L≤10mm，L为相邻 两个鳍片结构13之间的间距，如此一来，可以满足鳍片结构13在现有光 模块壳体结构中的设计。

值得一提的是，在本发明技术方案的实际实施过程中，各个鳍片结构 13的厚度以及相邻鳍片结构13之间的间距可以根据电路板11上的辐射源 位置以及金属壳体12中元器件的位置确定，以达到更好的辐射屏蔽效果以 及空间利用率。

在本发明的一个实施方式中，如图4a-4d所示，鳍片结构13的形状包 括：矩形、梯形、三角形以及三角圆顶型。在图4a中，鳍片结构13的形 状为矩形；在图4b中，鳍片结构13的形状为梯形；在图4c中，鳍片结构 13的形状为三角形；在图4d中，鳍片结构13的形状为三角圆顶型。当然， 在本发明的其他实施方式中，鳍片结构13也可以设置为其他形状，本发明并不以此为限制。

此外，本发明实施例提出的可降低电磁干扰的光模块可以应用到SFP+， SFP28，QSFP+，QSFP28，QSFP DD等系列的光模块产品结构上，具有明 显的降低电磁干扰效果，并且也可以推广的其他系列的光模块产品结构设 计方案中。

综上所述，本发明实施例提出的一种可降低电磁干扰的光模块，在保 证产品外观不变，且符合协议标准的前提下，在模块内部设计对电磁波吸 收和屏蔽的鳍片，使得辐射源发出的电磁波在屏蔽鳍片之间产生多次反射 和透射，以增加电磁波在屏蔽鳍片上的吸收损耗，减少电磁辐射对光模块 外面的电磁波泄漏，实现对辐射源辐射出的电磁波吸收、屏蔽，减少对光 模块外部的辐射，减少电磁干扰，同时该方案不增加原材料成本，也不会增加额外的工序，并且对电磁波几乎实现全波段屏蔽。

需要指出，根据实施的需要，可将本发明中描述的各个步骤/部件拆分 为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组 合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对 其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通 技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修 改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不 使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种可降低电磁干扰的光模块，其特征在于，包括：

电路板；

金属壳体，设置为腔体结构，连接所述电路板、且所述金属壳体边缘与所述电路板之间具有间隙；

若干个鳍片结构，间隔设置于所述腔体结构内部，以对所述电路板上辐射源发出的电磁波进行反射消耗，减少通过所述间隙出射的电磁波。

2.根据权利要求1所述的可降低电磁干扰的光模块，其特征在于，所述鳍片结构与所述金属壳体设置为一体结构，自所述腔体结构底部向所述电路板延伸。

3.根据权利要求1所述的可降低电磁干扰的光模块，其特征在于，所述鳍片结构采用金属材料，对所述电路板上辐射源发出的电磁波进行反射消耗以及吸收消耗。

4.根据权利要求3所述的可降低电磁干扰的光模块，其特征在于，所述鳍片结构的主体材料为锌合金，镀层材料包括铜和镍。

5.根据权利要求1所述的可降低电磁干扰的光模块，其特征在于，所述鳍片结构的高度范围为：1/4H≤h≤3/4H，其中H为所述电路板上的辐射源与所述腔体结构底部之间的距离，h为所述鳍片结构的高度。

6.根据权利要求5所述的可降低电磁干扰的光模块，其特征在于，所述鳍片结构的高度范围为：0.5mm≤h≤2.5mm，h为屏蔽鳍片的高度。

7.根据权利要求1所述的可降低电磁干扰的光模块，其特征在于，相邻两个所述鳍片结构之间的间距范围为：5t≤L≤50t，其中t为所述鳍片结构的厚度，L为相邻两个所述鳍片结构之间的间距。

8.根据权利要求7所述的可降低电磁干扰的光模块，其特征在于，所述鳍片结构的厚度范围为：0.2mm≤t≤1.5mm，t为所述鳍片结构的厚度。

9.根据权利要求7所述的可降低电磁干扰的光模块，其特征在于，相邻两个所述鳍片结构之间的间距范围为：1mm≤L≤10mm，L为相邻两个所述鳍片结构之间的间距。

10.根据权利要求1所述的可降低电磁干扰的光模块，其特征在于，所述鳍片结构的形状包括：矩形、梯形、三角形以及三角圆顶型。

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