为推进产学研深度融合,天目山实验室的“空天换热器传热机理及强化实验室”将航空发动机综合热管理方向的研究成果应用于电子设备热管理领域,历时一年多研发出高效“5G分布式基站射频单元自然散热组件”,极大改善5G基站大功率密度器件冷却效果,具有巨大的经济效益前景。该项目团队在徐国强教授的带领下,始终秉持“精耕细谋”的科研理念开展科研工作,基于“高精度多能流风洞实验平台”获取大量实验数据,支撑设计了多款空天用高效紧凑式换热器,上述“5G分布式基站射频单元自然散热组件”即是借鉴了航空发动机冷却技术所研发的最新成果!
射频单元即射频拉远单元(Remote Radio Unit,简称RRU),它是天线系统和基带处理单元沟通的中间桥梁,也是分布式基站的重要组成部分。5G基站的功耗以及发热量较4G时代大幅增加,其内部温度过高不仅会降低基站的工作效率,还可能出现因为过热负载而造成基站设备损毁、宕机断网等现象。高效“5G分布式基站射频单元自然散热组件”即是为解决其散热问题而研发的产品。
对5G分布式基站射频单元的自然散热组件的设计要求是“体积要小、质量要轻、散热要强”,这和空天换热器“高效轻质紧凑”的设计理念不谋而合。团队借鉴了之前设计空天换热器的思路经验,并根据实际效果创新使用了Y形翅片分布结构、外伸结构及腰线结构。这些设计通过显著增加换热面积,并强化散热结构表面与空气之间的热交换效率,从而显著提升了大功率密度器件的散热效果。此举有效避免了器件因长时间运行于高温环境而引发的潜在问题,进一步延长了器件的使用寿命,提升了系统的整体稳定性和可靠性。在设计过程中,团队不断对翅片的厚度、间距及数量进行精细调整,同时结合先进的仿真计算技术,力求在确保高效散热的同时,探索并达到最优化的设计参数组合。
经过多次迭代优化,5G分布式基站射频单元的自然散热组件最终确定为散热片、屏蔽板及外壳三大核心部件。屏蔽板上表面与散热片下表面均设计有精密的安装槽,以实现两者间的稳固连接,其中屏蔽板通过独特的阶梯槽设计,巧妙地嵌入散热片下端,形成紧密且高效的散热通道。芯片则被精确安装在由屏蔽板与散热片共同构成的安装槽内,确保了热量的有效传导与散发。此外,散热片四周的外伸结构下端还设有精巧的阶梯结构,中部则以流线型腰线相连,既保证了结构的稳固性,又增添了视觉上的美感。
随后,团队根据产品设计方案进行机械加工,在产品成型阶段,为了提升外观质感与耐用性,对产品表面实施了精细的磨砂处理,并紧随其后进行了均匀且高质量的喷漆作业,形成了既美观又实用的防护层。严格的试验测试结果表明,该大功率密度散热组件在运行时展现出卓越的散热性能,成功地将射频单元芯片的工作环境温度控制在47摄氏度以下,在设备长时间运行的条件下仍然可以稳定控制设备工作温度,确保了设备能够在预设的安全温度范围内稳定、高效地运行,为5G网络的持续稳定运行提供了坚实保障。