چالش حرارتی در حال رشد در شبکه های 5G

با گسترش جهانی سرعت 5G، اپراتورهای شبکه با تقاضای مدیریت حرارتی بی سابقه مواجه می شوند. سیگنال های موج با فرکانس بالا، آرایه های آنتن عظیم MIMO، و استقرار های کوچک فشرده بسیار بیشتر از حد حرارت در هر واحد تولید می کنند تا نسل های گذشته بدون کنترل، گرمای اضافی، یکپارچگی سیگنال، کاهش عمر تجهیزات و افزایش هزینه های عملیاتی.

پیشرفت در تکنولوژی های مواد

گرافن و مدیریت مبتنی بر کربن

گرافن، یک لایه واحد از اتم های کربن که در یک شبکه هیکساگونال قرار دارد، هدایت حرارتی را بیش از 5000 W / m ·K ارائه می دهد - بیش از ده برابر از مس است که طبیعت سبک و انعطاف پذیر آن آن را ایده آل برای پخش کنندگان گرما و مواد رابط حرارتی (TIMs) در واحدهای رادیویی 5G آموزش دیده فضا است.در حال حاضر تولید کنندگان گرافن فیلم های نیمه هادی را جاسازی می کنند و بسته های حرارتی سنتی را به تراشه های بالا (CNTNTNT) می رسانند.

سرامیک کامپوزیت های ماتریسی

کامپوزیت های نیتید آلومینیوم (AlN) و نیتید بوررون (BN) با افزایش کشش برای بستر در تقویت کننده های برق و ماژول های آنتن، این مواد ترکیب هدایت حرارتی بالا (200-300 W / m) با عایق الکتریکی عالی، اجازه می دهد طراحان به ادغام اتلاف گرما به طور مستقیم به تخته های مدار چاپی.

تکنیک های خنک کننده نوآورانه

خنک کننده مایع برای سلول های کوچک Dense

خنک کننده هوای سنتی هنگامی که واحدهای رادیویی به طور نزدیک در ایستگاه های شهری یا در مبلمان خیابانی قرار می گیرند، ناکارآمد می شود، استفاده از مایعات دی الکتریک که از طریق صفحات سرد کانال پمپ می شوند، گرما را با نرخ پنج تا ده برابر بیشتر از شرکت های هوا مانند nVent و Boyd Corporation در حال حاضر حلقه های خنک کننده مایع را که به طور خاص برای 5G گره طراحی شده اند، حذف می کند.

تغییر مرحله (PCM)

PCMs مانند موم های پارافین، هیدراته نمک و اسیدهای چرب گرما را در طول ذوب جذب می کنند و آن را در طول تثبیت، به طور موثر صاف کردن دما در طول دوره های با ترافیک بالا، در پنجG دور از دسترس رادیو سر (RRHs)، سینک های حرارتی PCM- پر شده می توانند دمای اتصال را در زیر 85 درجه سانتی گراد حفظ کنند، حتی زمانی که هوا بیش از 50 درجه سانتی گراد در چرخه های تحقیقاتی بر روی میکروکینگ متمرکز است.

مستقیم به Chip Microfluidic خنک کننده

برش لبه توسعه شامل کانال های میکروفلوئیدیک به طور مستقیم به بستر سیلیکون از تراشه های پرتو سازی 5G است که با گردش یک خنک کننده از طریق این کانال ها، گرما در منبع قبل از رسیدن به سطح بسته حذف می شود. IBM و شرکای آنها نشان داده اند که پروتزهای خنک کننده سطح تراشه بیش از 1000 / cm2 - فراتر از 200 - W300 / cm2 معمولی از پردازنده های هوا در حال ظهور، هنوز هم می تواند برای این استاندارد 5G بعدی تبدیل شود.

ادغام مدیریت حرارتی هوشمند

شبکه های سنسور IoT و پیش بینی Analytics

سایت های مدرن 5G آرایه هایی از دما، رطوبت و سنسور های جریان هوا را که داده های زمان واقعی را به سیستم عامل های مدیریت مبتنی بر ابر تغذیه می کنند، نصب می کنند. مدل های یادگیری ماشین که در پروفایل های حرارتی تاریخی آموزش دیده اند، زمانی که یک واحد نزدیک به محدودیت های حرارتی است و سرعت فن یا میزان جریان مایع را به طور فعال تنظیم می کند.

قابلیت سازگاری Fan و Pump Control

درایوهای فرکانس متغیر (VFD) بر روی طرفداران و پمپ ها اجازه می دهند تا تنظیم دقیق بر اساس بار حرارت واقعی به جای نقاط ثابت تنظیم شده، در ترکیب با بازخورد سنسور، این سیستم ها می توانند مصرف انرژی خنک کننده را 30 تا 50٪ در مقایسه با عملیات ثابت سرعت، برخی از پیاده سازی ها از یادگیری تقویت کننده برای بهینه سازی تجارت بین صدا، استفاده از صدا، استفاده از انرژی و قطعات، و دما، یک بررسی انتقادی برای 5G در مناطق مسکونی استفاده می کنند.

بهینه سازی طراحی و Miniaturization

· دینامیک مایع محاسباتی (CFD) در طراحی اولیه

طراحان در حال حاضر به شبیه سازی های CFD برای ارزیابی الگوهای گردش هوایی و عملکرد حرارتی قبل از ساخت نمونه های فیزیکی متکی هستند.این ابزارها به شناسایی نقاط داغ در 5G کوچک سلول های کوچک و اجازه می دهند مهندسان برای بهینه سازی قرار دادن خروجی، چگالی حرارتی و طرح جزء کمک کنند.

3D چاپ مبدل های حرارتی

تولید افزودنی تولید سینک گرما و صفحات سرد را با کانال های پیچیده داخلی که نمی توانند به طور معمول ماشین آلات را تولید کنند، فعال می کند. ساختارهای Lattice منطقه سطح را 200 تا 300٪ در همان حجم افزایش می دهند، به طور چشمگیری بهبود آلودگی طبیعی و خنک کننده راییک. GE و آزمایشگاه های ملی Sandia توسعه داده اند و آلومینیوم 3D-printed مبدل های حرارتی که عوامل حرارتی بالا را در فرم یکپارچه می گیرند - که به طور کامل 5 میلیمتری است.

مدیریت حرارتی در ماژول های Multi-Chip (MCMs)

برای کاهش ردپای، تجهیزات 5G به طور فزاینده ای از ماژول های چند تراشه استفاده می کنند که پردازنده، حافظه و مدیریت قدرت را در یک بسته واحد می میرند.مدیریت گرما در چنین پشته های 3D نیاز به حرارتی از طریق خنک کننده های درون سلولی، و دقت در قرار دادن مطالعات اخیر از مرکز تحقیقات IMEC نشان می دهد که پشته های با خنک کننده میکروکاپیتال می تواند عملکرد دمای بالاتر را در زیر 5 درجه حرارت قابل اعتماد نگه دارد.

قابلیت اطمینان و آزمایش تحت شرایط واقعی

راه حل های مدیریت حرارتی باید در طول عمر کامل زیرساخت های 5G، که اغلب در خارج از منزل برای 15 تا 20 سال کار می کند، تسریع تست های پیری در 85 درجه سانتیگراد و 85 درصد رطوبت نسبی (8 / 85) نشان می دهد نقاط ضعف در TIMs، مخازن گاز و فن استانداردهای صنعت مانند GR-124 و Telcordia NEBS تهویه حرارتی، دوچرخه سواری حرارتی، و تست های ارتعاش برای شبیه سازی زمان (روش های اتصال به معنی عدم اتصال به زمان).

منابع خارجی برای Deeper Insights

برای بررسی جامع مواد واسط حرارتی و مشخصات آنها، به مجله خنک کننده مراجعه کنید ترجمه در مورد قطعات، بسته بندی و فناوری تولید [FLT3] تحقیق بررسی شده در مورد مدیریت حرارتی 5G- خاص، علاوه بر این، [FLT4] زیرساخت های الکترونیکی بالا را به همان اندازه مورد استفاده قرار می دهد:5G -5G.

نتیجه گیری: مسیر پیش رو

چشم انداز مدیریت حرارتی برای زیرساخت 5G از یک نظم حمایتی به یک فعال کننده اصلی عملکرد شبکه در حال تحول است. مواد پیشرفته مانند گرافن و کامپوزیت نیتید کامپوزیت، همراه با خنک کننده مایع هوشمند و دوقلوهای دیجیتال پیش بینی شده، مرزهای آنچه که ممکن است در سیستم های قدرت تنگ و بودجه فضایی تکامل یابد، همانطور که 5G به سمت 6G، با فرکانس های بالاتر و نوآوری های متراکم تر، گسترش می یابد، به دست آوردن راه حل های انرژی انعطاف پذیر در شبکه های بعدی صرفه جویی در شبکه های اطمینان.