为什么热管理是5G设计中的热门话题

随着5G的发展，工程师们越来越多地谈论该技术的主要设计挑战之一：热管理。

预计5G技术将为无线通信提供少于1毫秒的延迟，网络能效提高100倍，并且数据速率高达每秒20吉比特(Gbit / s)。

最近，IDTechEx发表了一份从热管理角度关于5G技术创新和增长机会的报告。根据这项研究，基于GaN的功率放大器(PA)，无压银烧结等裸片连接解决方​​案以及热界面材料在解决5G技术的热管理问题方面可以发挥重要作用。

在本文中，我们将讨论为什么热管理在5G中很重要，以及解决此问题的一些方法。

为什么5G需要更高效的热管理?

使5G成为现实的关键技术是具有全尺寸自适应波束成形的大规模MIMO。MIMO系统采用天线阵列来减少用户间干扰，增加网络容量并实现波束成形。下图显示了一个带有4×4天线阵列的系统。

描述高度集成的包装如何引起设计关注

描述高度集成的包装如何引起设计关注。图片由Rick Sturdivant提供

使用数字波束成形时，这些天线中的每一个都应具有自己的RF收发器。典型的RF单元由几个不同的模块组成，例如LNA，PA，两个ADC和DAC，以及一些滤波器和混频器。

为避免5G频率范围内的信号完整性问题，将天线的不同电路元件集成到单个芯片中并将此收发器芯片放置在靠近天线的位置非常重要。因此，对于4×4天线阵列，在一块板上有16个收发器芯片。

这种复杂性水平导致了一个耗电的系统，在该系统中，热管理至关重要。

例如，设计为以30 GHz运行的这种系统可以具有约1 W / cm2的热密度(4 cm2的板产生4 W的热量)。这甚至可以被认为是一种相对低功耗的应用。

预计未来的5G网络将采用具有数百个天线元件的大规模MIMO，以补偿较大的传播损耗并实现有效的频率使用。这些网络的热管理将带来严峻的挑战。

GaN：从根本上更适合5G

功率放大器是RF收发器中最耗电的构件，发射时可占总功耗的75%之多。毫米波功率放大器的局部热通量可能高达每平方厘米数千瓦。

PA设备技术以及创新的电路结构对于实现5G必不可少。从器件选择的角度来看，基于GaN的解决方案可能是最佳选择。这些器件具有出色的特性，例如低输出电容，高输出阻抗，高功率密度和高击穿电压。

这些功能使我们能够拥有效率更高的大功率PA。下图比较了已发布PA的输出功率和效率。

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