夏天滚烫的热浪毫不留情地“普渡”众生,让人们只想一天24小时抱着空调度日,对冷气难以企及的室外望而生畏。不过你吹着空调刷手机时,有没有想过一个问题:平时手机连续大功率运作几个小时就会发热烫手,可那些户外基站要为我们24小时提供网络信号,暴露在太阳的“毒打”下,它们会热成什么样?它们难道也像人和手机,可以舒舒服服地窝在空调房里?又或者,它们会不会像人一样,一“怒”之下热到想要“罢工”呢?
说到这,咱们就用简单的初高中物理知识,来好好了解一下5G基站的散热难题,以及当前可行的基站降温技术。能量守恒定律告诉我们,所有的能量都不会凭空产生或消失。电能和热能可以互相转化,比如初中所学的焦耳定律:Q=I²Rt,就是描述了电流通过电阻时产生的热效应,我们懒人必备的电饭锅、电烤箱和烘干机也利用了这一原理。
随着信息时代的来临,人类对大数据和云计算的需求越来越强,对网速的要求也越来越高,于是移动通信技术、材料技术等一代代升级,智能设备的性能不断提升。但正如强调过的能量守恒,高性能不会凭空而来,它需要大量的能量维持,我们目前生活最常用的就是电能;而一旦电流过大,设备温度就会升高,会缩短设备使用寿命,严重时甚至会直接烧坏设备。小伙伴想必都有所体会:手机放着不玩可以待机好几天,可一旦开始玩游戏、看电影,不仅电量降得快,而且手机也会发烫,轻则视频卡顿,重则手机宕机。
来源:百度 当人们窝在冰凉的空调房里“嗖嗖”上网时,可以想象5G基站却在太阳底下被晒得“大脑嗡嗡”的情景。当庞大的数据流量需求如海啸般涌来,叠加对传输速率的高要求,以及5G使用的多天线技术使得计算功耗大幅增加,这就意味着5G基站会消耗大量的电量,换言之,也就会产生大量的热量。如果无法及时散热,不仅会降低基站工作效率,还容易因超负荷运转而造成基站设备损坏、宕机断网等现象。同时,出于信号传输要求,5G基站也往往建在空旷的山顶、野外或者楼顶,可谓直接暴露在太阳直射中。因此每当夏季,5G基站“内外受热”,散热难也越发严重。 来源:百度 这时你可能会说,简单,我们给它物理降温不就行了吗?既然解决手机、电脑发热可以外接风扇或者用冰袋冰一冰,在5G基站里安装大功率空调也不是难事吧?空调降温确实是常用的一项办法,不过这仅仅是治标不治本,并且还多出了一项电力支出,让基站耗电问题越发严重。有数据表明,5G单基站功耗是4G单基站的2.5-4倍,甚至在几年前,还曾有媒体报道了这样一则新闻:因为耗电量太大,高昂电费难以承受,某地曾在夜间部分时段休眠关闭部分5G基站。 来源:百度 比普通的空调降温更高级一些的,是给基站用“液冷”。这是一种在航空航天领域常用的技术,主要是利用装有冷却液的散热管去直接冷却电子设备。与“吹冷风”的空调相比,首先输送液体比输送风更加容易,并且我们知道液体可以存储和运输热量,这些吸收了电热的液体温度升高后,可以用于供暖也可以将热量散给室外;而当失去热量、温度降低后,它们还可以重复使用,十分节能环保。此外,液冷也比风冷更靠近热源,能做到精准冷却。 以上“风冷”和“液冷”都是出于“降低表面温度”的考虑,但我们也可以从“加快散热”这一角度出发,使用更能向外界传递热量的器件。目前,5G基站主流使用的散热器件都是“半固态压铸件+吹胀板”,它们不仅导热率高、散热速度快,还具备重量轻、外形美观等优势,能帮助5G基站减轻自身重量,可谓“强强联合”。 来源:百度 接下来看看AAU的散热方案都有哪些?AAU传统散热方案:1、降低芯片与外壳的温差,采用高导热界面材料和热管;2、降低外壳表面温度,增加设备的外壳体积,加大表面积;3、改善外壳温度均匀性,采用铸铝加厚外壳。 在实际产品中,方案 1 的改善效果有限,当外壳被太阳光暴晒时,其表面温度可高达60℃至90℃。而很多芯片的Tc要求在90℃以内,此时将无法满足散热要求;对于方案 2 和方案 3 ,通常产品的外观尺寸和产品重量有一定的限制,不能随意的增大。因此5G散热将是一个很大的挑战,需要更有效的散热设计。 AAU基站新的散热方案 基站内部发热模块产生的热量,会使密闭腔体内的温度升高,当温度一致后,再传至外壳,通过空气对流散热。AAU散热可以从新材料,新结构设计及新的散热方案入手。 (1)新的散热方案,液冷散热:散热片连接的导热管下方有特殊的散热液体,其沸点比较低,吸收热量后会蒸发为气体到顶部,散发热量后重新液化,回流至原来的地方,从而提高散热效率。 (2)新材料:AAU除了内部使用TIM、散热材料及方案外,半固态压铸件具有重量轻和散热性能好的优势,吹胀板具有热传导效率高、制冷速度快的优势,结合半固态压铸件和吹胀板的散热器件有望大幅提升5G基站散热价值量。 (3)新的结构设计:另外厂商在AAU散热片结构上通过结构创新设计优化整机体积重量,引入新工艺,在整机结构上实现了轻量化。例如传统设计的散热齿,下部热量上部扩散,造成散热齿结构上部温度高,降低散热效率,成为散热瓶颈。中兴通讯独特的V齿结构设计,改进散热气流,使冷空气正面进两侧出,避免热级联,散热提升20%,成为业界首创。 来源:公开资料 最后,前段时间一度成为各大平台头条的超导材料LK99如果能得到证实,那么就可以一劳永逸解决5G基站乃至所有电子设备的散热问题。从理论来说,电流通过超导体材料时,不会损失任何电能且不会产生任何热量,因此它是人们理想中的集高效利用与节能环保于一身的完美材料。然而受限于技术难题,虽然有许多构想和设计成果发表于权威学术杂志,但距离“超导二极管”的大规模应用,我们还有很长一段路要走。所以,每当你透过窗户望向阳光灼热的室外,请不要忘记感谢兢兢业业户外“站岗”的5G基站——正是它们日复一日忍耐着高温,才有了我们在空调房中如水般丝滑的网上冲浪。
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