高速宽带光模块电磁干扰及热设计研究

发布时间：2017-03-19 17:00

  本文关键词：高速宽带光模块电磁干扰及热设计研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着数据通信和电信技术的快速发展,光网络信息容量激增,高速光模块成为当前光通信领域的一大研究热点。以CFP、CFP2、CFP4以及QSFP+封装形式为主的100Gbit/s光收发模块,具有高集成度且支持热插拔的特点,主要应用于以太网核心路由器、交换机、大型数据中心。围绕高速光模块封装中光与热、电磁多场互作用及综合设计等关键问题进行研究,具有重要的科学意义。本文针对高速光模块的散热和电磁兼容问题开展了以下研究：首先给出了CFP模块内部组件功能及布局,分析模块以及组件的散热路径,建立热阻模型,进行初步的散热结构设计。提出了具有内部散热通道的光模块组件级复合散热结构,改善散热效果。然后,利用热仿真软件FLOTHERM分析模块内部的热场分布,提出改进方案,最终使模块的工作壳温满足指标要求。接着对光模块进行电磁屏蔽设计,]POSA、ROSA夕加屏蔽壳,组件之间用隔板隔开,屏蔽壳与中间隔板均采用三层吸波屏结构。本文首先分析了简单吸波屏的原理,并在此基础上提出基于光子晶体隔离层和新型纳米复合材料吸波层的结构优化设计方案。通过有限元仿真软件HFSS分析吸波屏反射系数,验证方案的可行性。又由于光模块尺寸较小,组件间距也很小,且需要功能开孔以通尾纤或满足散热需求,基于传输线法计算开孔屏蔽壳的屏蔽效能(SE),并研究相关参数对SE的影响。最后,通过HFSS仿真结果验证对于高速光模块的电磁兼容设计达到一定的屏蔽效果。本文围绕高速宽带光收发模块的散热问题和电磁干扰问题,为CFP/CFP2/CFP4封装形式的高速宽带光模块提供了一种可行的散热和电磁屏蔽结构设计方案,提高模块整体的散热效率,减小电磁噪声的影响,为1OOG高速宽带光模块的电磁屏蔽和热管理提供理论模型和设计原型。
【关键词】：高速光模块 热设计 热流体动力学 热流路径 电磁兼容 传输线法 电磁干扰屏蔽
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN03;TN929.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 研究背景9-11
• 1.1.1 光网络的最新进展9-10
• 1.1.2 高速光模块的发展趋势10-11
• 1.2 光组件的最新发展11-13
• 1.2.1 光发射子组件TOSA11-12
• 1.2.2 光接收子组件ROSA12-13
• 1.2.3 光双向收发组件BOSA13
• 1.3 光模块封装可靠性13-16
• 1.3.1 光模块封装中的热状态问题13-14
• 1.3.2 光模块封装中的电磁兼容问题14-15
• 1.3.3 热设计与电磁兼容设计的仿真软件15-16
• 1.4 本文主要研究工作16-17
• 第二章 光模块热设计与电磁兼容设计理论基础17-27
• 2.1 光模块系统框架结构17-18
• 2.2 热设计的理论基础18-22
• 2.2.1 热量传递基本方式18-20
• 2.2.2 热管散热器20-21
• 2.2.3 常用的导热材料21-22
• 2.3 电磁兼容设计的理论基础22-26
• 2.3.1 屏蔽机理与效能22-23
• 2.3.2 电磁带隙理论23-25
• 2.3.3 电磁屏蔽材料的发展25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 .光模块封装的热设计27-43
• 3.1 光模块热设计标准27-29
• 3.1.1 光模块热设计目标27
• 3.1.2 光模块热参数27-29
• 3.2 光模块热环境分析及初步散热设计29-32
• 3.2.1 模块整体散热路径29-30
• 3.2.2 内部组件散热路径30-31
• 3.2.3 具有内部散热通道的散热结构设计31-32
• 3.3 热仿真分析32-42
• 3.3.1 建立仿真模型32-33
• 3.3.2 求解计算及结果显示33-35
• 3.3.3 结果分析及方案改进35-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 光模块封装的电磁兼容设计43-61
• 4.1 光模块电磁环境分析43-45
• 4.1.1 电磁辐射源与辐射路径43-44
• 4.1.2 光模块EMC分析与设计目标44-45
• 4.2 光模块电磁屏蔽结构设计方法45-51
• 4.2.1 屏蔽壳分仓的电磁屏蔽结构45-46
• 4.2.2 基于光子晶体和纳米复合材料的吸波结构设计46-50
• 4.2.3 屏蔽结构优化设计50-51
• 4.3 电磁屏蔽效能分析51-57
• 4.3.1 单孔对屏蔽效能的影响51-54
• 4.3.2 孔阵对屏蔽效能的影响54-57
• 4.3.3 屏蔽壳开孔设计57
• 4.4 仿真结果与分析57-60
• 4.5 本章小结60-61
• 第五章 总结与展望61-63
• 5.1 总结61
• 5.2 展望61-63
• 致谢63-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士期间参与课题与发表学术论文情况69

【参考文献】

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本文编号：256244