雷达行业深度报告相控阵雷达迭代，国产化器件起航

　　（报告作者：民生证券分析师方竞、宋晓东）
　　相控阵雷达经历无源相控阵雷达、有源相控阵雷达、数字阵列相控阵雷达的依次迭代过程，数字阵列相控阵雷达在抗干扰能力、探测精度、功能多样性等方面均具有突出优势，其低功耗、高稳定、高精度的特点也使其成为目前相控阵雷达发展的重要方向之一。
　　1相控阵雷达迎新发展阶段，下游应用空间广阔
　　1。1雷达技术更新换代，数字相控阵雷达应时而生
　　1。1。1传统雷达革故鼎新，满足多功能需求
　　从20世纪30年代雷达诞生开始，雷达的发展大致经历了四个发展阶段。20世纪60年代开始相控阵雷达出现，逐渐替代传统机械扫描雷达，20世纪70年代开始，相控阵雷达大量投入使用，并开始由无源相控阵雷达转向有源相控阵雷达。从20世纪80年代开始，数字阵列技术开始被研究使用于相控阵雷达中，直至今日，数字阵列相控阵雷达仍在进一步的研究发展。总体来看，对于雷达的需求，逐渐向功能数字化、目标多样化、环境复杂化的方向转变。
　　与传统机械扫描雷达相比，相控阵雷达更具优势。20世纪70年代开始，各国大规模发展相控阵技术。传统雷达的工作原理是向空中发射电磁波束，用机械方式转动雷达天线，使波束扫过一定区域，接收目标信号反射的回波后，对目标进行定位和测距。相控阵雷达在天线设置上与传统雷达存在差异，相控阵雷达通过在平面天线上排列多个辐射组件，电子计算机控制辐射单元电流来改变波束方向进行扫描，从而实现更远距离、更多目标、更高精度的扫描探测。
　　当下正处于模拟相控阵雷达像数字相控阵雷达升级阶段。相控阵雷达的技术迭代可分为无源相控阵、有源相控阵、数字阵列相控阵三个阶段，数字阵列推动了有源相控阵雷达技术的进步，进而促进了数字阵列雷达的提出和发展。总体来看，相控阵雷达朝效率更高，体积更小，可靠性更高，灵活性更强的趋势不断更新迭代。
　　数字阵列相控阵雷达各方面性能优势突出。与模拟相控阵雷达相比，数字相控阵雷达在抗干扰能力、探测精度、功能多样性等方面均具有突出优势，其低功耗、高稳定、高精度的特点也使其成为目前相控阵雷达发展的重要方向之一。未来，随着高速数字信号处理技术的进一步发展，数字相控阵雷达正逐渐渗透各应用领域，对于相控阵雷达核心组件的需求也迎来新的变化。
　　1。1。2相控阵雷达结构升级，核心组件需求持续上升
　　从无源相控阵到有源相控阵，TR组件数目大幅上涨。无源相控阵雷达仅有一个中央发射机和一个接收机，发射机产生的高频能量经计算机自动分配给天线阵的各个辐射器，目标反射信号经接收机统一放大，只在天线模块使用一个TR组件。有源相控阵雷达的每个辐射器都配装有一个发射接收组件，每一个组件都能自己产生、接收电磁波。在图5中，整个有源相控天线阵分为m个子阵，每个子阵有n个天线单元通道，每个天线单元上接有一个TR组件，对TR组件的使用量大大上升。
　　从有源模拟相控阵到数字阵列相控阵，ADCDAC芯片用量上升。模拟相控阵与数字相控阵主要的区别在于波束形成位置的不同，有源相控阵雷达多个收发通道共用一个ADCDAC芯片，而数字阵列相控阵雷达是为每个相控阵通道单元或模块配备等量的射频直采ADCDAC，以实现海量多波束空间合成。
　　1。2伴随相控阵雷达技术升级，元器件需求快速提升
　　1。2。1相控阵雷达各功能模块与时俱进
　　相控阵雷达主系统要包括相控阵天线、收发组件和信号处理系统。传统雷达系统主要由天线、发射机、接收机、信号处理机、数据处理机和显示器等若干分系统构成。相控阵雷达与传统雷达结构上的区别主要在于雷达天线系统。因其具有天线波束变化快、空间功率综合能力强的特点，可完成多目标跟踪、高数据率搜索等工作，在舰载预警、敌我识别、侦察监视、气象预测等特种、民用领域应用广泛。
　　相控阵雷达不断发展，各阶段雷达核心组件组成及功能发生变化。无源相控阵雷达配置了中央功率产生器，可以通过雷达内的无源网络对发射功率进行调整，如使用透镜系统或波导网络对阵元的信号发射功率进行分配等，每一阵元分配了独立的移相器。有源相控阵雷达则是为每一阵元配置了一组完整的TR组件，利用该组件完成中央功率产生器的相关功能，且其功能更完善如相位与增益可调，集成度与灵敏度更高。数字相控阵雷达则将进一步提升了固态集成电路的占比，将数字波束形成技术应用到相控阵雷达中来提升雷达的扫描频率、扫描范围以及抗干扰性。
　　1。2。2相控阵天线：相控阵雷达核心组件
　　相控阵天线是相控阵雷达的核心组件，相控阵雷达与其他雷达在外观上主要区别在于天线阵面的不同，相控阵雷达的天线通常是一个平面，在这个平面内按一定规律分布着许多天线单元，形成电子阵列，通过改变部分单元的相位，雷达的波束就能在一定范围内进行移动，移动速度快于机械操作。
　　有源相控阵天线具有波束快速扫描、高速灵活的波束调度、信号能量的分配与转换、自适应调整等特点。相比反射面天线，相控阵天线能更好地实现自主控制、目标跟踪和空间扫描功能。有源相控阵天线具有高增益、多点波束、波束在轨重构等特点。大型相控阵雷达天线阵面包含上万个天线单元，每个阵面基本模块集成了天馈、收发、校正、监控、供电和环控等系统，设备量多，逻辑关系复杂，安装要求高。
　　为不断满足高速目标和隐身目标的需求，相控阵天线也逐渐向着高频段、大型化和轻薄化的方向发展。传统单一功能的天线难以满足需求，伴随着先进微电子技术的发展，要求有源相控阵天线在功能性是上能够实现组件的高密度集成，即能节省安装控件，又能根据雷达系统功能需求进行灵活的阵列设计。随着相控阵天线朝着高集成、高智能和高精度的方向发展，天线规模日益庞大、天线真元和通道数量越来越多，设备体积不断减小。
　　1。2。3TR组件：决定相控阵雷达性能关键器件
　　TR模块是有源相控阵雷达发展的核心，整个有源相控阵雷达系统由成百上千个辐射器按照一定的排布构成，每个辐射器后端均连接一个单独有源相控阵TR组件，在波束形成器的控制下，对信号幅度和相位进行加权控制，最终实现波束在空间的扫描。因此，有源相控阵TR组件的性能参数直接决定相控阵雷达系统的作用距离、空间分辨率、接收灵敏度等关键参数。此外，有源相控阵雷达需要数量众多的TR组件共同构成有源相控阵阵面，有源相控阵TR组件的性能也进一步决定了有源相控阵雷达系统的体积、重量、成本和功耗。
　　收发合一的TR组件包括发射支路、接收支路及射频转换开关及移相器。每个TR组件主要由发射高功率放大器（HPA）、滤波器，限幅器，又有低噪声放大器（LNA）、衰减器及移相器、波束控制电路等组成。是集高频、低频、大信号、小信号、数字与模拟为一体的复杂电子设备。
　　随着雷达的快速发展，TR模块正朝着频带宽、信号质量好、散热好、增益与效率高、稳定可靠等方面推进。随着微电子技术的发展，这些组件的平均无故障时间已经达到数百乃至数千小时。良好的可替换性大大保障了相控阵雷达的可靠性。
　　国企占据TR组件主要供应地位，民企各有优势。国内具有相控阵TR芯片研发和量产的单位主要为军工集团下属科研院，包括中国电科13所和中国电科55所，以及少数具备三、四级配套能力的民营企业。中国电科13所和中国电科55所基于其技术积累、资金规模、客户渠道等优势，在国内占据较大市场份额，民营企业则凭借各自的技术和项目优势，占据一定的市场份额。
　　1。2。4中频处理芯片：直接影响雷达系统精度及距离的关键单元
　　中频信号处理单元是相控阵雷达的核心模块之一，它的主要作用是在雷达发射信号时，通过模拟数字转换方式生成预置相位和幅度的中频信号，然后传送至雷达的射频收发（TR）模块上进行变频和功率放大；在雷达接收信号时，对来自射频收发（TR）模块的中频模拟信号进行模拟数字转换，并做幅度、相位校正以后，将数据发送给雷达信号处理机。
　　中频处理单元应用广泛，覆盖特种、民用等领域。超高速射频收发芯片和数据转换芯片是软件无线电、电子战、雷达等需要高宽带和高采样率应用的核心器件，在国防、航天等领域，数据转换器直接决定了雷达系统的精度和距离。在民用领域，高速高精度ADCDAC芯片也可以满足4G、5G的高带宽性能需求。因此，高性能射频收发芯片和数据转换器在现在信息化高科技产品中有着重要的作用，随着信息化产业在各行各业的渗透，其应用领域也得到不断的拓展。
　　ADCDAC大量应用于数字相控阵雷达，性能要求进一步提高。数字相控阵雷达中，其核心的数字化需要大量的高性能ADCDAC工作于单元级或模块级射频组件后，用于将雷达收发变频后的模拟中频信号转换为数字信号以实现高精度的数字域波束合成和处理解算。通常雷达的瞬时带宽可高达数GHz，且所需处理信号的动态范围高达60dB以上，因此对ADCDAC的带宽和位数均提出了非常高的要求。同时随着数字芯片的面积越来越小，与之配套的信号链模拟芯片也会在更多新技术的推动下朝着小型化、低功耗和高性能的方向发展。
　　ADCDAC国产化需求强烈，技术龙头更具优势。国内特种行业ADCDAC芯片国产化诉求强，国内供应商当前供给能力主要集中在2。5Gsps采样率以下产品，3Gsps采样率以上高端产品国产化供应能力仍然较弱。
　　1。2。5FPGA：为相控阵提供可靠解决方案
　　FPGA具有高集成、可重复编辑性、高速并行运算特性等特点，成为相控阵波控系统采用的主流芯片方案之一。FPGA现场可编程门阵列是基于SRAMLookUPTable查询表的数字逻辑芯片，是半定制化、可编程的集成电路，可以现场灵活配置成各种应用任务，例如计算任务、控制业务、通信业务等。相控阵雷达通过软硬件控制来实现波束指向相较于阵面的改变，其波束控制系统的性能的推进也进一步推动波束控制系统从波控码解算发展到了现在的相控阵系统的综合控制系统，FPGA作为主控芯片因其处理速度快、处理数据实时性强、开发周期短、运行速度快和项目研发成本低等特性，越来越被广泛使用。
　　FPGA逐步改进，迎来新发展方向。波控系统逐步向数字化、小型化、集成化、灵活化的趋势发展。随着国内外对于相控阵雷达不断的设计改良，其波控系统也逐步有了更高性能的需求。作为波控系统的主控芯片，FPGA的研发也无疑走向新的发展阶段。从FPGA发展来看，高性能、高带宽、高集成度的高端FPGA和CPUGPUFPGA专用加速引擎的多核异构SOPC将成为两大重要趋势。
　　特种领域FPGA国内生产厂商主要为紫光国微、复旦微、成都华微三家公司，竞争格局较为集中。其中紫光国微产品布局最为全面，复旦微于2019年5月推出自主知识产权亿门级FPGA产品，成都华微承接FPGA国家科技重大专项，拥有自主创新FPGA架构设计与技术、工艺适配设计技术和高速低功耗设计技术等，FPGA产品规模最高可达7000万门级。
　　2下游领域不断拓宽，特种行业前景向好
　　2。1星载：相控阵天线优势明显，提高工作频段成新趋势
　　星载雷达主要用于地面成像、高程测量、洋流观测及对运动目标的实时监测等。其覆盖面积远超相同规模地面雷达，能够有效减少地面设备的放置数量、降低地形及植被覆盖的影响、扩大监视范围等。美国是研究和发射星载最多的国家。冷战期间，美苏开始星载雷达的研制工作，其成果已广泛应用于多种星载合成孔径雷达及卫星遥感雷达。目前，基于星载平台的星载有源相控阵雷达已成为军事侦察和战略预警的重要手段。
　　星载有源相控阵雷达快速发展，市场容量不断扩大。早在1988年，美国用阿特兰蒂斯号航天飞机投放一颗军用星载相控阵雷达长曲棍球ISAR，其空间分别率已达1m，在当时是分别率最高的空间雷达。2002年9月发射的LIGHTSAR是NASA喷气推进实验室开发的一项轻型合成孔径雷达技术，卫星主要采用L波段有源相控阵天线。2020年，SpaceX提出了星链星座及其地面终端的星链计划，以SpaceX公司为代表纷纷组建低轨通信卫星星座，作为构建卫星组网和星间链路核心器件，相控阵雷达将受益于军事卫星系统市场规模扩张，拥有广阔的市场空间。
　　星载相控阵雷达代际更新带动组件要求进一步提升。相控阵天线是星载相控阵雷达的核心组件之一，星载可展开有源相控阵天线可实现灵活的波束扫描以满足波束指向的要求，同时具有高增益、低副瓣、高分辨率和高可靠性等优点。受运载火箭发射平台及装载平台体积限制，星载有源相控阵天线具有复杂的展开机构，因此卫星系统的轻量化主要集中在有源相控阵天线结构的轻量化，同时，星载相控阵天线也有不断向高频段集中的趋势。
　　2。2机载：探测功能经久不衰，机载雷达需求广阔
　　有源相控阵雷达赋予飞机抗击多目标能力，作战优势明显。与传统机械扫描雷达相比，有源相控阵具更大功率孔径乘积，波束调度高速灵活，使之在作用距离、抗干扰、可靠性和天线隐身设计等方面都具有明显优势，极大拓宽了机载雷达抗击多目标、探测远目标的能力。
　　机载有源相控阵雷达大量列装，更新战机配置。21世纪的美国战斗机雷达、预警机雷达都广泛采用了有源相控阵技术。事实上，除了FA22和F35等四代机都装备了有源相控阵雷达之外，现役的美军战斗机、轰炸机、预警机、对地监视飞机的雷达也都换装了有源相控阵雷达。在欧洲，法国的阵风战斗机和俄罗斯的MIG35也更新换代为有源相控阵雷达配置。美军在F35战机上的ANAGP81全功能数字相控阵雷达，进一步具备侦干探通一体化工作能力。
　　先进机载有源相控阵雷达对TR组件需求持续扩张。CaptorE是由欧洲雷达联合体研制的机载有源相控阵雷达，该雷达前端采用创新复位器设计，覆盖范围更大；ANAPG77机载有源相控阵雷达是由美国Northrop公司和RaytheonElectronicSystem公司共同研制的，具有超低的可观测性、高机动性和高可靠性；ANAPG81是由NorthropGrumman公司研制的机载有源相控阵多功能火控雷达，该雷达配备先进多通道接收机，显著提高了处理速度。三种机载有源相控阵雷达均使用大量TR组件，显著提高了载机的作战能力。
　　2。3弹载：相控阵雷达导引头发展，为精确制导提供可能
　　自第二次世界大战后出现了雷达寻的制导系统以来，雷达导引头已经历了70多年的发展过程。20世纪80年代，美国为轻型大气层外导弹计划研制了平面相控阵雷达导引头，到20世纪90年代，美国空军的莱特实验室完成了有源共形相控阵雷达导引头的设计和研制。2004年，雷神公司研制出了第一个相控阵雷达导引头样机。采用有源相控阵技术的雷达导引头将天线、伺服系统和收发系统集成在一起，大大减小了整个导引头的体积和质量。为精确制导武器应对未来战场威胁提供了一种有效的解决手段。
　　相控阵导引头具有发射功率大、噪声系数小的优点。相控阵雷达导引头突破了普通机械雷达扫描导引头固定波束形状、固定波束驻留时间、固定扫描方式等诸多限制，具有灵活的波束指向已驻留时间，可控的空间功率分配及时间资源分配、高度集成等特点。从而提升了导引头的攻击能力和攻击精度。随着各国对于军事化强国建设要求的进一步提高，弹载相控阵雷达技术正在进一步发展，弹载多模导引头正成为新的发展趋势。
　　导引头市场广阔，弹载相控阵雷达大有可为。导引头作为导弹的眼睛，可有效地把导弹和目标关联起来并输出它们之间的相对运动信息。导引头是价值量占比最高的部分。根据《防空导弹成本与防空导弹武器装备建设》中关于导弹按价值量拆分的描述，导引头和动力装置占据4060的成本。随着我国国防需求的日益增加，未来导弹数量将不断增加，相应配套的有源相控阵导引头也将正相关增加，未来市场规模广阔。
　　2。4舰载：有源相控阵促集成化发展
　　舰载雷达作为海上作战重要探测装备，正发挥越来越重要作用。舰载相控阵雷达可以同时实现搜索、识别、跟踪、制导和探测等功能，能同时监视和跟踪多个目标，抗干扰性能好，可靠性高。相控阵技术运用于舰载雷达主要有以下优势：1）集成度高；2）防导能力好；3）灵敏度高；4）负重轻，体积小。
　　舰载相控阵雷达采用更先进固态器件，对TR组件需求上升。目前舰载相控阵雷达正不断适应多功能、多任务、平面化、隐身等发展需求，不断加强先进固态器件如TR组件等和高新技术的应用，提高水面舰艇作战能力，更好完成海上作战任务。
　　当前世界主要军事强国均加强了相控阵技术在舰载雷达的应用，舰载雷达需求量增大。装载在俄罗斯库兹涅佐夫号航空母舰上的天空哨兵雷达由平面阵列天线、发射机、信号处理机、12台大型数字式计算机、控制台以及辅助设备组成。该雷达的相控阵天线由4块固定矩形平面阵列组成，每个阵面的独立的辐射单元为5100个，4个阵面共有20400个辐射单元。除此之外，还装有识别未知舰船的敌我识别问询机、通用数据链射频系统、超短波数据链天线、敌我识别辅助天线、电子侦察综合射频天线所需的相控阵雷达。舰载雷达在特种行业装配数量较大，市场空间广阔。
　　数字阵列相关技术越来越多应用于成舰载相控阵雷达。随着对于舰载雷达探测精度、功能多样性等方面的要求，数字阵列雷达逐渐成为舰载雷达新应用趋势，以AMDR（ANSPY6（V））雷达为例，AMDR是美国海军下一代综合舰载雷达系统，是全球第一部以防空反导一体化为核心的多功能双波段有源相控阵舰载雷达，各方面性能得到极大提升，AMDR雷达采用了模块化、氮化镓半导体以及数字波束形成等多项新技术。2020年7月美军向DDG125交付首台ANSPY6有源相控阵雷达系统。
　　2。5车载：联动防空系统，雷达结构轻量化发展
　　车载雷达在低空，近程防空等领域扮演着重要角色。对于装备于武器平台车上的车载有源相控阵雷达，其主要作战任务是针对导弹发射阵地以及机动发射架的综合防抗需求，对防区内各类飞机、巡航导弹以及精确搜素炸弹等进行搜索、跟踪与制导。其性能好坏直接决定了战车的综合性能以及战车战场生存能力。我国现役的主力车载相控阵种类型号繁多，主要应用于防空警戒、引导及安控等，比如在中国在国际国防电子展览会上展出的中电科14所YLC和CLC系列车载雷达，主要用于坐标警戒监视和防空系统配套。
　　复杂载荷目标驱动各项指标优势升级。车载有源相控阵雷达在战场服役过程中常常需要面临各种复杂载荷环境，例如野外大风载荷、炮弹尾焰产生热冲击载荷、路面崎岖导致的随机振动载荷，因此在车载有源相控阵雷达的研制过程中，需要进一步增加对其安全性可靠性的考虑。同时，作为地面武器装备，战车的机动性至关重要，因此在车载有源相控阵雷达的研制过程中，雷达结构轻量化也成为考量的关键指标之一。
　　2。6地面：陆基相控阵雷达加强防御网络
　　陆基相控阵雷达作为防空系统的重要组成部分，均被各国不断研发与应用。美国NMD（国家导弹防御系统）由5大部分组成，即预警卫星、改进的预警雷达、地基雷达、地基拦截弹和作战管理指挥控制通信系统。陆基雷达在防御系统中起着很重要的作用。
　　相控阵技术有效提升了陆基预警雷达的预警探测效率。以美国为弹道导弹防御系统研制的早期预警相控阵雷达铺路爪ANFPS115为例，ANFPS115采用密度加权方式，且是收发合一的天线阵面，因而有源天线单元总数约有1800个固态TR组件。整个雷达天线阵分为五十六个子天线阵，每个子天线阵内的功率分配网络及所有TR组件均相同。其一般探测距离可达4800km，且采用空间功率合成模式，可获得探测与跟踪多目标高功率的要求（其发射机总的输出峰值功率600kW，平均功率150kW），这样可以降低对于馈线系统承受的高功率、传输线损耗以及发射系统对初级电源的功率要求，从而增强了整个馈线系统的综合化、标准化、模块化设计程度。
　　3相控阵雷达技术持续发展，元器件公司充分受益
　　3。1臻镭科技：深耕特种模拟芯片，技术为核优势凸显
　　3。1。1专注特种行业半导体，营收表现亮眼
　　臻镭科技是国内特种行业通信、雷达领域中射频芯片和电源管理芯片的核心供应商。公司专注于集成电路芯片和微系统的研发、生产和销售。自成立以来，公司始终聚焦于高性能集成电路芯片的技术攻关，产品主要面向特种行业客户，下游应用领域涵盖无线通信终端和通信雷达终端。
　　2021年臻镭科技全年营收1。91亿元，同比增长25。28，归母净利润0。99亿元，同比增长28。48，22年前三季度臻镭科技营收1。49亿元，同比增长49。02，归母净利润0。71亿元，同比增长72。85。整体成高速增长态势，发展势头良好。
　　公司主要产品包括电源管理芯片、射频前端芯片、射频收发芯片及高速高精度ADCDAC芯片、微系统及模组。22年上半年，公司实现营业收入1。05亿元，其中射频收发芯片0。50亿元，电源管理芯片0。43亿元。从收入构成来看，射频收发芯片及高速高精度ADCDAC芯片和电源管理芯片成主要收入来源，微系统及模组收入占比从21年开始逐步提升。
　　业务规模，研发投入进一步扩大，费用率动态调整。公司自2018年跨越技术积累期后，在营业收入，利润不断增长的同时，其研发费用，销售费用，管理费用及财务费用根据实际经营情况动态调整。前三季度公司研发费用达4466万元，研发费用率29。94，研发费用同比增长71。44，不断加大研发投入力度。
　　3。1。2率先布局高速领域，下游需求强劲
　　臻镭科技主营产品主要应用于无线通信终端、雷达通信系统等方面，应用场景不断丰富。臻镭科技具体产品应用涵盖多个方面，在特种领域应用包括无线通信终端、通信雷达系统、电子系统供配电等，并逐步拓展至民用领域，如移动通信系统、卫星互联网等领域，应用前景广阔。
　　臻镭科技在ADCDAC领域成为少数供给3Gsps采样率以上产品的厂商。在数字相控阵雷达领域，臻镭科技的高性能ADCDAC芯片产品具备高达3GSPS（ADC）、12GSPS（DAC）采样率和14位分辨率，为数字相控阵雷达系统核心性能指标如探测距离、速度分辨力等提供带宽和动态性能支撑，技术优势明显。
　　射频收发芯片应用领域广泛，下游持续放量。射频收发芯片及高速高精度ADCDAC的下游应用主要包括雷达、卫星互联网、无线通信等领域。尤其在数字阵列相控阵雷达领域需求量俱增，随着相控阵雷达从模拟相控阵向数字相控阵迭代升级，其内部结构变化使得对于ADCDAC芯片组件的需求呈倍数上升。同时ADCDAC芯片亟需进口替代，国产化诉求强烈。射频收发芯片及高速高精度ADCDAC芯片作为臻镭科技的核心业务，下游市场需求持续上涨，未来国产市场空间较大。
　　专注创造领先技术优势，国内特种芯片核心供应商。臻镭科技作为高速领域率先布局的企业，最先定型量产高速高精度ADCDAC芯片。在终端射频前端芯片、ADCDAC、电源管理芯片等领域均具有领先优势。在高速高精度ADCDAC领域，国内其他厂商无同类可比性能产品，竞争格局优异，未来有望占据更大市场份额。
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