摘要
随着通信技术的快速发展，5G已经步入了人们的生活当中，但是有源天线处理单元(Active Antenna Unit,AAU)是功耗增加的主要原因，因此散热成为了制约其发展的关键所在。针对AAU外部的散热器，本文先采用构形优化的方法，对肋片进行了优化。然后采用拓扑优化的方法，得到一种新型的散热器结构，并与针肋、梯肋和直肋等传统散热器的传热性能进行了对比分析。最后对AAU进行了整机热设计，得到了满足其安全运行的散热结构。本文主要研究内容及结论如下: (1)基于构形理论，以最大热阻最小化为目标函数，使用逐层优化的方法对τ形肋片进行构形优化时，当((t1)/(t2))oo=4.1和((L1)/(L0))ooo=0.19时，存在最优的目标值((Rt))mmm=45.416;使用单因素分析和三维响应面分析方法时，当(L1)/(L0)=0.194和(t1)/(t0)=6时，目标函数最优为((Rt))min=45.2003。对比两种分析方法，均可得到肋片的最优构形，并且目标值相差很小，但是肋片所对应的最优构形相差较大。以平均温度最低为目标函数进行构形优化时，结果表明肋片不存在最优构形，但是肋根的粗壮程度和肋片分支的细化程度对肋片性能的改善有较大影响。 (2)基于拓扑优化理论，以平均温度最小化为研究目标，对散热齿进行了三维拓扑优化。将拓扑结构与针肋、梯肋和直肋散热器进行了对比分析，结果表明:在相同的条件下，拓扑散热器的平均温度为54.49℃，相较于针肋、梯肋和直肋，分别下降了20.37％、17.73％和16.4％;最高温度为56.33℃，比其他三种肋片分别降低了19.5％、17.73％和17.05％。 (3)根据AAU的工作环境和结构特点，将AAU的外部散热方式设计为自然对流散热、内部采用被动散热的方式。针对AAU内部散热情况，对芯片l、芯片2分别采用均温板、铜板进行散热，并确定了最佳的均温板和铜板的面积。接着以散热器表面温度最低为优化目标，设计20种方案对外部散热器进行结构优化。优化结果表明:当基板厚度为5mm、齿高为42.632mm、齿宽为4.158mm、内部散热齿数为24个时，散热器表面温度最低。优化后芯片1和芯片2的结温比优化前分别降低了37.96％、33.75％，具有良好的热设计表现。最后在整机模型上对比了r形肋片散热器和直齿散热器的散热性能，结果表明f形肋片散热器散热性能优于直齿散热器，验证了构形优化的可靠性。
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