论文总字数：29215字

摘 要

进入二十一世纪以来，互联网的高速发展推动着光网络的一次次升级换代。而光电模块作为光网络中光电信息转换的重要部分也越来越起着关键性的作用。随着光网络传输速率的提高，模块中的高频电磁波对光信息的干扰也越来越严重，已达到不能再忽略的程度。然而现有的光收发模块的电磁屏蔽结构设计相对简单，一般采用高电导率的金属封装进而形成整体无缝的金属外壳以达到电磁屏蔽的效果。但是实际应用中，考虑到设计和装配的需要，很难做到接口处的整体无缝。在高速率光收发模块的金属封装结合面上会留存有一定的细小间隙，且随着传输速率越高，封装外壳内部电子元器件产生高频电磁波会互相干扰。此外在电信号转化成光信号的过程中，也会引入一定量的在空间中传播的高频噪声，从而导致光通路内的电磁干扰。因此需要对光收发模块内部的电磁干扰进行研究，以改善光收发模块整体的屏蔽效果。无论是现在的100G光网络还是未来的400G光网络，针对他们相应光模块的电磁干扰抑制分析都是尤为必要的。在这种情况下，最近流行开的电磁带隙技术成为一种解决光模块内部电磁干扰的潜在优秀技术。本文将重点研究电磁带隙在光模块内部对电磁干扰的抑制情况。

关键词：光模块、电磁干扰、电磁屏蔽、电磁带隙。

EMI SUPPRESSION IN 100G/400G OPTICAL MODULE WITH SIMULATION ANALYSIS

Abstract

The twenty-first century, the rapid development of the Internet to promote the optical network upgrade again. The photovoltaic module is an important part of the optical network photoelectric conversion information is also increasingly plays a key role. With the improvement of optical network transmission rate, the module high-frequency electromagnetic interference optical information more and more serious, have reached the level can no longer be ignored. However, electromagnetic shielding structure design of a conventional optical transceiver module is relatively simple, generally use high conductivity metal package and then form a seamless whole to achieve the metal shell electromagnetic shielding effect. But the actual application, taking into account the need to design and assembly, it is difficult to achieve a seamless whole at the interface. In the face of high speed metal package combining optical transceiver module will have retained some small gap, and with the higher transmission rate, encapsulation shell internal electronics generates high-frequency electromagnetic waves that can interfere with each other. In addition, in the electric signal converted into optical signals in the process and also introduces the propagation of a certain amount of high-frequency noise in the space, which leads to electromagnetic interference within the light path. Requiring electromagnetic interference optical transceiver modules internal research to improve the optical transceiver module overall shielding effect. Whether it is now 100G optical network or future 400G optical networks, for electromagnetic interference suppression module of their respective optical analysis is particularly necessary. In this case, the recent popularity of EBG technology as an optical module internal electromagnetic interference resolve outstanding technical potential. This article will focus on EBG inside the light module suppression of electromagnetic interference.

KEY WORDS：transceiver 、Electromagnetic interference、Electromagnetic shielding、EBG

目 录

摘要………………………………………………………………………………………………Ⅰ

目录………………………………………………………………………………………………Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 光网络和光模块的发展及现状 1

1.2.1光网络概述 1

1.2.2 光模块的种类 2

1.2.3 光模块未来发展趋势 3

1.3光模块的电磁干扰 3

1.3.1 光模块电磁干扰产生的原因 3

1.3.2电磁干扰抑制技术状况和发展方向 4

1.4 电磁带隙技术 5

1.4.1 技术简介 5

1.4.2电磁带隙技术详述 5

1.4.3 电磁带隙技术的发展 6

第二章 电磁带隙技术在光模块电磁干扰领域的应用 9

2.1 引言 9

2.2 应用实例 9

第三章 分析方法与仿真工具 12

3.1引言 12

3.2仿真方法和工具 12

3.2.1 仿真方法 12

3.2.2仿真工具 13

第四章 仿真分析 16

4.1引言 16

4.2仿真过程 16

4.2.1仿真模型的建立 17

4.2.2 仿真模型的分析 19

4.3 建立电磁带隙结构并仿真 21

4.3.1长方体排列型 22

4.3.2菱型 24

4.4 仿真结果分析 29

第五章 总结与展望 31

5.1 总结 31

5.2 展望 31

致 谢 32

参考文献（References） 33

绪论

1.1 引言

光网络信息容量的激增使得高速宽带光模块成为当前光通信领域的一大研究热点，是实现光信号处理、构成各类小型化高集成度片上光子系统和光网络的核心部件。电信运营商竞相部署100G、乃至400G的网络建设，对光路由器线卡和40G/100G光模块需求激增。在实际的通信系统中连续的二进制序列以数据流的模式传送，这种模式在长时间内可能出现“随机”频谱，即使短时间内可能不会发生。最坏的情况是出现连续的“1010”序列时，因此随着传输速度的提升电磁干扰也显得越来越严重，因此需要对高速宽带光模块封装 中光与热、电磁多场互作用和综合设计关键问题进行研究^[5]。随着光模块集成度越来越高，尺寸越来越小，要实现对光模块电磁干扰的屏蔽显得更加困难。为了满足需要、应该要理解电磁干扰的物理意义以便于采取更有效的方案解决当下的问题。使用微波减震器是一种有效的解决方法。但是这并非是一个讲求成本效益的方法。因此很有必要致力于找到一种新的分散控制方案，例如使用电磁带隙结构。以上这些概念已经被研究并有效应用于诸如微波天线、微波滤波器等微波器件的噪声抑制中。这个方案的一个好处是——在不需要特殊材料的地方可以通过周期性结构（电磁带隙结构）来实现，并且可以构建在底架内^[1]。本篇论文主要围绕这一结构的电磁屏蔽效果来进行研究，以找出比较理想的电磁带隙结构。

1.2 光网络和光模块的发展及现状

1.2.1光网络概述

光网络是指由光纤通道和连接光纤和电子设备的光电转换模块所组成的具有传递信息功能的的电信网。近几年随着互联网业务的快速增长，由此产生的巨大网络流量对网络带宽的需求变得越来越高，并且由于互联网的流量本身具有的不确定性和不可预见的特性，以上两点都对网络带宽的动态分配和网络的吞吐量提出非常高的要求。为了解决网络流量动态性的问题，一直以来都主要是依靠相关人员来进行网络分配连接，使用这种分发不仅耗时而且费力很易出错。采用这种传统的方法显然难以适应现代化网络对动态性的把握也难以满足新业务对提供网络拓展的需要，相信随着市场的竞争加剧，这种传统的方法必然要被淘汰。正是在这样的背景下，400G光网络技术和软件定义光网络技术在用市场的需求推动下走进了人们的视野。

为了达到增加网络的动态调度性的目的，美国斯坦福大学的clean slate研究组提出了一种名为软件定义网络（Software Defined Network, SDN ）的新型网络创新架构^[10]。软件定义网络的核心技术为OpenFlow技术。这项技术的目的在于将光网络中相关设备的控制和数据分离开来，从而达到了对网络流量的灵活控制，这项技术结合400G光网络技术将能够在满足大流量的前提下同时满足网络对流量的动态调度要求。在满足了这样的前提条件以后，完全可以把网络中的各种硬件设备当作网络中的可控资源，如此一来我们参考电脑或者手机操作系统的原理，就可以在此基础上构建出一个光网络的操作系统。这个操作系统通过抽象网络设备的具体细节为三层应用的管理和编程提供了非常大的便利性。这两者如果结合起来必将比现在跨越一个巨大的台阶。

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