اصل طراحی حرارتی دستگاه مخابرات 5G

در مقایسه با 4G، 5G حداقل 9 تا 10 برابر افزایش می یابد. در عصر شبکه 5G، مهم نیست که چه راه حل 5G از دستگاه های ارتباطی 5G جدا نیست، و 5G نیازمندی های بالاتر و بالاتری برای دستگاه های نوری مانند حجم کم، یکپارچگی بالا، سرعت بالا و مصرف انرژی کم دارد. نرخ‌های اصلی دستگاه‌های رایج برای انتقال 5G به جلو، میانی و عقب دستگاه‌های اپتیکال 25G، 50G، 100G، 200G و 400G هستند که در این میان، دستگاه‌های نوری 25G و 100G پرکاربردترین دستگاه‌های ارتباطی 5G هستند.

با سرعت بالاتر و حجم کمتر، این روند اجتناب ناپذیر توسعه دستگاه های نوری است. در عین حال، الزامات بالاتری را برای مدیریت حرارتی داخلی دستگاه های نوری نیز به همراه دارد. چگونگی دفع سریع و موثر گرما مشکلی است که باید جدی گرفته شود.

چرا طراحی حرارتی مورد نیاز است:

همانطور که همه ما می دانیم، وقتی تراشه فوتوالکتریک ما کار می کند، 100 درصد جریان تزریق شده را به اپتوالکترونیک خروجی تبدیل نمی کند و بخشی از آن به عنوان اتلاف انرژی به صورت گرما استفاده می شود. اگر مقدار زیادی گرما به تجمع خود ادامه دهد و نتوان به موقع آن را از بین برد، اثرات نامطلوب زیادی بر عملکرد قطعات خواهد داشت. به طور کلی، با افزایش دما، مقدار مقاومت کاهش می یابد و عمر مفید دستگاه ها کاهش می یابد، عملکرد ضعیف، مواد قدیمی و اجزای آسیب دیده. علاوه بر این، دمای بالا باعث ایجاد تنش و تغییر شکل بر روی مواد، کاهش قابلیت اطمینان و نقص دستگاه می شود.

سه راه اصلی برای انتقال حرارت وجود دارد: هدایت گرما، همرفت گرما و تابش گرما.

انتقال حرارت:

تراشه گرما را از طریق هیت سینک در پایین پخش می کند و دستگاه نوری برای اتلاف گرما از طریق گریس سیلیکونی اتلاف گرما با پوسته تماس می گیرد که همگی مربوط به هدایت گرما هستند.

همرفت حرارتی:

همرفت طبیعی عمدتاً از نیروی شناوری ناشی از اختلاف چگالی سیال در دمای بالا و پایین برای تبادل گرما استفاده می کند. این یک روش اتلاف حرارت غیرفعال است که برای محیط با ارزش حرارتی پایین مناسب است. در تلفن های همراه، ماژول های نوری و سایر محصولات ترمینال، عمدتا از انتقال حرارت جابجایی طبیعی استفاده می شود.

انتقال حرارت جابجایی اجباری یک روش اتلاف گرما کارآمد است که ناشی از تسریع تبادل حرارت سیال از طریق منابع قدرت خارجی مانند پمپ ها و فن ها است که نیاز به سرمایه گذاری اقتصادی بیشتری دارد. برای شرایط ارزش حرارتی زیاد و محیط اتلاف حرارت ضعیف مناسب است. خنک‌کننده فن معمولاً برای ماژول‌های نوری که در کابینت‌ها یا سوئیچ‌ها کار می‌کنند استفاده می‌شود، که یک انتقال حرارت جابجایی اجباری معمولی است.

تابش گرما:

فرآیند انتقال انرژی از طریق امواج الکترومغناطیسی. تشعشعات حرارتی فرآیند انتشار امواج الکترومغناطیسی زمانی است که دمای یک جسم بالاتر از صفر مطلق باشد. انتقال حرارت بین دو جسم از طریق تابش حرارتی را انتقال حرارت تشعشعی می گویند. این روش اتلاف حرارت به دلیل کارایی ضعیف کمتر در طراحی حرارتی استفاده می شود.