浅谈5G基站AAU散热效能- 大数跨境

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浅谈5G基站AAU散热效能

卓茂仪器

2021-04-09

导读：AAU，扛起5G大旗的功臣，也是基站巨大功耗的主要原因。

在未来，

我们希望对万物互联可控可管理。

—— 比尔·盖茨《未来之路》

5G的高速发展和应用将极大地驱动移动通信与各行各业结合。自动驾驶、智慧城市、人工智能、工业、万物互联等目前停留在试验或理论阶段的假设即将被普及或实现，我们正走向万物互联的未来。

5G基站的组成

5G基站

比4G提速10倍的数据传输速率的背后，是更多的基站，更大的功率，指数级增长的发热量。5G基站功耗大致分为传输功耗、计算功耗和额外功耗。

基站功耗组成

其中，5G基站的计算功耗将随着带宽（传输速率）的提高、Massive MIMO天线数量增加而不断上升。

Massive MIMO天线

Massive MIMO，Massive意指基地台天线阵列中的大量天线，MIMO则是“Multiple-Input Multiple-Output”的缩写，也就是“多收多发”的意思。

因此我们可以地浅显将Massive MIMO技术理解为，通过增加接收信号的天线，以多个通道将信号发送出去，同一时间内天线接收和发送信号N倍增长，达到“多收多发”的效果。通过对多个天线单元进行调节，产生具有指向性的波束，在多发的基础上降低信号的的互相干扰，增强区域信号容量。而这N倍增长的接收信号，使得现阶段中Massive MIMO成为高频5G的基础核心技术。

相比起传统2天线、4天线或8天线的TDD网络，Massive MIMO的通道数达到了夸张的64/128/256个。由于技术限制，目前天线面板里所集成的小天线数量主流为64个，也就是64T64R。

64T64R Massive MIMO

5G天线将连接这64根馈线的设备—RRU放置在天线内部，这种将天线与RRU合体的设备，就是AAU（Active Antenna Unit，有源天线单元，是大规模天线阵列的实施方案）。实现Massive MIMO这项5G的核心技术最重要的载体，就是AAU内部的天线阵列。

因此，在5G主流的Sub6G频段上，支持Massive MIMO的AAU成为了绝对的主流。但是和不受影响固定在293W功率左右BBU不同，AAU的功耗会随着天线数和通道数增加而大幅增加。AAU，扛起5G大旗的功臣，也是功耗增加的主要原因。

散热&AAU

5G基站AAU的巨大功耗，也使基站的散热面临严峻的挑战；基站是封闭式自然散热设备，产生的热量先传导到外壳，再传导到空气进行自然散热，具体的热量传递路径为：芯片（发热源）→界面材料 →导热结构件→内部空气→外壳→外部环境。

基站封闭式自然散热解决思路

传统散热方案一般从芯片以及外壳入手，采用导热材料，增加散热表面积亦或是通过材料使得温度均匀，避免局部过热等方式解决。

那么升级后的AAU散热方法有哪些呢？

1、新的散热方案

半固态压铸件+吹胀板新型散热方案。半固态技术超薄壁成型能力强，半固态压铸件，导热率提高 50%，产品散热齿厚度在 1.2mm 以下，最薄为 0.9mm，快速散热，同时减重 30%。该方案将新材料半固态压铸件重量轻、散热性能好和吹胀板热传导效率高、散热快的优势结合，有望成为 5G 基站 AAU 散热的主流方案。除此之外还有液冷散热方案，即通过沸点低的散热液体，吸热液化后回流。

2、新的结构设计

目前厂商在在结构设计上投入大量研发，提升基站的散热能力。中兴通讯首创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。

左为传统基站散热结构，右为中兴首创V齿结构设计

V齿散热结构设计

华为采用了独创的仿生散热技术——辊压接合散热齿，同样使基站的整体散热能力提升 20%。

*V齿散热、辊压接合散热齿热效能测试由卓茂仪器®提供技术支持。

辊压接合散热齿

AAU散热将直接关系到功耗，其射频通道数和PA（功放）相比起4G RRU成倍增加。由于5G庞大的数据处理量，对数字的处理能力和算法提出了更高的要求。大量的天线要求AAU的重量和体积又要尽可能做小，对设备散热和制造材料挑战巨大，同时也是行业新蓝海。5G基站以及AAU散热问题必然会带动热界面材料的极大升级，低热阻，高导热性，恒温性等。