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1、2023 年深度行業分析研究報告 內容目錄內容目錄 1.百年發展,雷達發展邁入新態勢百年發展,雷達發展邁入新態勢.8 1.1.雷達定義.8 1.2.雷達基本組成.8 1.3.雷達分類方式.10 1.4.雷達發展歷程.11 1.4.1.信息處理數字化發展,硬件集成度提升,雙管齊下雷達迭代:.12 1.4.2.相關技術革命推動雷達技術飛躍發展.13 2.數字化和集成化雙維趨勢發展,雷達應用邁入新里程數字化和集成化雙維趨勢發展,雷達應用邁入新里程.14 2.1.數字化趨勢,相控陣雷達迭代機械掃描雷達.14 2.2.厚積薄發 40 載,相控陣技術數字化智能化迭代.15 2.2.1.相控陣雷達技術發展歷
2、史.15 2.2.2.相控陣天線中的核心元器件T/R 組件.17 2.2.3.高集成化為 T/R 組件核心發展邏輯之一.21 2.2.4.順應裝備信息化潮流,T/R 組件向數字化邁進.23 3.軍民雷達應用產業格局,相控陣雷達為主流發展趨勢軍民雷達應用產業格局,相控陣雷達為主流發展趨勢.26 3.1.軍用民用領域重要組成,相控陣雷達為主流發展趨勢.27 3.2.軍用雷達產業現狀:信息化裝備對抗核心,攻防兼備電子之眼.27 3.2.1.電子對抗承擔軍事保障、支援和戰略預警功能.28 3.2.2.搭載海陸空主戰裝備,扮演信息化輔助裝備角色.30 3.3.民用雷達產業,氣象、交通、智能裝備多領域應用
3、.32 3.4.我國雷達產業呈現軍用為主,民用為輔的業務應用產業鏈格局.33 3.4.1.雷達產業鏈以軍工科研院所為主,民營軍工企業技術、產品配套層級不斷提升.34 3.4.2.上中下游行業競爭格局各有特色,企業分塊競爭市場.34 3.4.3.雷達產業軍工科研所研發各有側重,輔助貢獻雷達發展力量.35 4.國防信息化建設、裝備優化、軍貿擴張三駕馬車共同驅動市場規模持續提升國防信息化建設、裝備優化、軍貿擴張三駕馬車共同驅動市場規模持續提升.36 4.1.軍國防信息化建設發力,國家軍費預算增長.37 4.2.相控陣技術優勢明顯,產品替代滲透率增加.37 4.3.上游半導體技術突破,下游軍貿拓展共同
4、助力雷達產業持續擴張.39 4.3.1.上游技術突破,國產替代雙驅動助力發展.39 4.3.2.全球局勢動蕩,軍貿擴張有望為軍用雷達帶來更為廣闊的市場空間.40 4.3.3.數字陣列雷達創造更多場景應用需求,集成化技術拓展業務領域.42 4/67 圖表目錄圖表目錄 圖 1:毫米波雷達系統基本結構.8 圖 2:雷達的收發信號流程結構.9 圖 3:雷達收發信號過程中各個芯片分工.10 圖 4:雷達分類.11 圖 5:目標多元化,環境復雜化,任務多元化三維推動雷達技術發展.11 圖 6:雷達發展歷程.12 圖 7:雷達技術迭代提升.13 圖 8:雷達重要技術出現節點.14 圖 9:機械掃描雷達.14
5、 圖 10:相控陣雷達.14 圖 11:相控陣面雷達發展三階段.16 圖 12:“梟龍”有源相控陣雷達.17 圖 13:“屏障”無源相控陣雷達.17 圖 14:無線通信中 T/R 組件及射頻微系統扮演核心角色.17 圖 15:相控陣天線結構組成展示.18 圖 16:相控陣天線實體展示.18 圖 17:T/R 組件基本結構.18 圖 18:有源相控陣雷達系統結構.18 圖 19:相控陣芯片功能模塊分析.19 圖 20:ZigBee 射頻芯片內部結構.19 圖 21:T/R 組件發展趨勢以及對應技術.20 圖 22:Gree 公司產出 612GHz 性能的 25WGaNMMIC.21 圖 23:S
6、IP 封裝技術組成分布.22 圖 24:臺積電公布 SoIC 多芯片 3D 堆疊技術.23 圖 25:基于芯片堆疊式的 3D 技術.23 圖 26:3D 異構堆疊集成微系統將是未來的主流發展趨勢.23 圖 27:美國靈活分布式陣列雷達”(FlexDAR).24 圖 28:AMDR-S 艦載數字陣列雷達.24 圖 29:數字移相器實物圖.24 圖 30:數字移相器原理圖.24 圖 31:雷達接收多波束信號過程.26 圖 32:2020 全球雷達銷售份額及其市占率.27 圖 33:2020 全球雷達生產總量及其市占率.27 圖 34:電子對抗中常見形式和雷達技術.28 圖 35:雷達通過對方雷達“
7、指紋信息”進行目標型號識別.28 圖 38:美 F/A-18E/F 采用新型電子掃描陣列雷達.30 圖 39:J-20 飛機搭載新型側視相控陣雷達.30 圖 41:美軍 DDG-51“阿利 伯克”級宙斯盾驅逐艦.32 圖 42:AN/SPY-6(V)防空反導雷達(AMDR)裝載.32 圖 43:毫米波全固態探測云雷達.33 圖 44:機場空管雷達.33 圖 45:Apollo 汽車搭載毫米波相控陣雷達.33 圖 46:SpaceXStarlink 計劃.33 圖 47:我國武器裝備配套層級競爭格局.34 圖 48:雷達行業產業鏈概況.34 圖 50:我國軍工集團雷達行業發展互相輔助而又環環相扣
8、.35 圖 56:2018 年全球移動終端射頻前端市場組成.39 圖 57:2025 年預計全球移動終端射頻前端市場組成.39 圖 58:2018 年全球射頻前端芯片市場份額.40 圖 59:2013-2022 年我國軍貿出口業務波動上升,穩中向好.40 7/67 表 1:雷達基本功能.8 表 2:雷達的基本組成.9 表 3:機掃雷達與相控陣雷達性能對比.15 表 4:有源相控陣雷達與無源相控陣雷達對比.16 表 5:T/R 芯片分類.19 表 6:相控雷達五大關鍵技術.20 表 7:MMCM 核心技術概覽.21 表 8:機載掃描雷達戰機與相控陣掃描雷達戰機對比.30 表 9:中美現役戰機機載
9、雷達型號對比.31 表 10:2010-2019 全球雷達市場情況.38 8/67 1.百年發展,雷達發展邁入新態勢百年發展,雷達發展邁入新態勢 1.1.雷達定義雷達定義 雷達,指用無線電方法發現目標并測定其空間位置,也被稱為“無線電定位”。雷達,指用無線電方法發現目標并測定其空間位置,也被稱為“無線電定位”。雷達是利用電磁波探測目標的電子設備,發射電磁波對目標進行照射并接收其回波,由此獲得目標至電磁波發射點的距離、距離變化率(徑向速度)、方位、高度距離、距離變化率(徑向速度)、方位、高度等信息?;竟δ転槟繕颂綔y、目標分類識別以及目標參數測量。圖圖1:毫米波雷達系統基本結構毫米波雷達系統基本
10、結構 數據來源:傳感器專家網,東吳證券研究所 表表1:雷達基本功能雷達基本功能 目標探測 在雷達觀測空域內確定有無目標 目標參數測量 確定目標位置,運動參數和提取其他目標特征參數 目標分類、識別 用于確定目標類型,分辨真假目標 數據來源:東吳證券研究所 1.2.雷達基本組成雷達基本組成 雷達的主要結構包括為發射機系統、組件開關、接收器系統、信號處理系統、天線系統、雷達電源組成。其中收發系統、信號處理系統和天線系統為核心結構。9/67 圖圖2:雷達的收發信號流程結構雷達的收發信號流程結構 天線系統主機系統信號處理系統發射機系統功率放大器T/R組件開關A/D信號轉換脈沖壓縮雜波抑制(多普勒濾波)波
11、形產生目標跟蹤數據記錄參數估計門限閾值信號檢測目標雷達截面積雷達天線數據可視化與雷達控制收發系統接收機T/R組件控制信號發射相位信號接觸目標后反射回天線系統接收 數據來源:CSDN,東吳證券研究所 發射發射機機系統系統:通過觸發脈沖產生器、調制器及預調制器、磁控管三部分,調整功率產生特定脈沖波形。天線系統天線系統:實現雷達微波信號的徑向發射與接收,微波傳輸部件實現了天線與收發機的連接。相控陣雷達通過相控陣雷達通過 T/R 組件組件負責信號的發射和接收并控制信號的幅度和相位,從而完成雷達的波束賦形和波束掃描。收發系統:收發系統:檢測并接收目標發反射波段,并且傳遞給后續信號處理系統進行處理。信號處
12、理系統:信號處理系統:通過 ADC 信號轉換器,將來自接收機的模擬信號轉化為數字信號并傳輸到電腦上進行處理,從中獲得目標位置和速度信息。主機系統:主機系統:在信號處理機在分析獲得目標信息后,可視化目標信息,同時進行參數估計、目標跟蹤以及數據記錄。表表2:雷達的基本組成雷達的基本組成 基本組成基本組成 作用作用 分觸發電路(定時器)每隔一段時產生一個尖脈沖,同時送到發射機、接收機、顯示器三部分,使其同步工作,觸發電路決定工作開始的時間。觸發脈沖產生器 相當于時鐘電路,使雷達各部分同步工作。10/67 調制器及預調制器 在觸發脈沖到達的同時輸出具有一定寬度的小功率正方波,控制預調制器產生的方波的起
13、始時刻,并使調制器產生大功率負高壓脈沖。磁控管 產生矩形調制的微波振蕩脈沖,相當于高壓電源 收發開關(雙工器)發射時將發射機與天線接通,并將天線與接收機斷開;接收時將發射機與天線斷開,并將天線與接收機接通。接收機系統 檢測并接收目標發反射的波段。電源 供電系統裝置。天線系統 T/R 組件實現雷達微波信號的徑向發射與接收,微波傳輸部件實現了天線與收發機的連接。數據來源:東吳證券研究所整理 在雷達收發信號過程中,芯片的信號處理流程至關重要,每一個芯片在不同的環節在雷達收發信號過程中,芯片的信號處理流程至關重要,每一個芯片在不同的環節處理流程都決定了下一個環節的信息質量。處理流程都決定了下一個環節的
14、信息質量。圖圖3:雷達收發信號過程中各個芯片分工雷達收發信號過程中各個芯片分工 數據來源:臻鐳科技招股書,東吳證券研究所 在發射信號時,基帶處理芯片將數字信號發送給射頻收發芯片基帶處理芯片將數字信號發送給射頻收發芯片,射頻收發芯片收到信號后,需要將基帶可識別的數字信號即即通過高速高精度通過高速高精度 ADC/DAC 芯片進行數模轉換芯片進行數模轉換,再經過混頻、濾波,繼續傳送給終端射頻前端芯片將信號進行放大,然后交給天線發射。在接收信號時,終端射頻前端芯片將天線接收到的微弱信號進行放大,然后交給射頻收發芯片,射頻收發芯片再對信號進行逆處理,再由 ADC-DAC 芯片將模擬信號轉換為數字信號,并
15、且傳送給基帶進行譯碼。1.3.雷達分類方式雷達分類方式 常見的雷達分類方式有以下幾種:1)按掃描方式分類)按掃描方式分類 2)按作雷達用途分類)按作雷達用途分類 3)按)按信號形式分類信號形式分類 4)按測量目標的參數分類)按測量目標的參數分類 5)按角跟蹤方式分類角跟蹤方式)按角跟蹤方式分類角跟蹤方式 6)按采用)按采用的技術和信號處理方式分類。的技術和信號處理方式分類。此外,雷達裝載位置可以分為機載、艦載、星載等。11/67 圖圖4:雷達分類雷達分類 雷達用途分類掃描方式分類角跟蹤方式分類信號形式分類測量目標參數分類技術信號處理方式分類雷達分類機掃雷達電掃相控陣雷達預警雷達搜索警戒雷達引導
16、指揮雷達炮瞄雷達測高雷達戰場雷達機載雷達無線電測高雷達雷達引信氣象雷達航行管制雷達導航雷達脈沖雷達連續波雷達脈部壓縮雷達頻率捷變雷達測高雷達二坐標雷達三坐標雷達多站雷達單脈沖雷達圓錐掃描雷達隱蔽圓錐掃描雷達非相參積累雷達相參積累雷達掃描跟蹤協同雷達合成孔徑雷達動目標顯示雷達動目標檢測雷達脈沖多普勒雷達 數據來源:搜狐新聞,網易新聞,東吳證券研究所 1.4.雷達發展歷程雷達發展歷程 雷達先后經歷了二次世界大戰、新軍事革命、冷戰軍備競賽等不同歷史時期二次世界大戰、新軍事革命、冷戰軍備競賽等不同歷史時期,在理論、體制、方法,應用上迭代。宏觀上來看,目標多樣化,環境復雜化,任務多元化三大外部環境因素推
17、動雷達技術發展。目標多樣化,促使雷達向多功能、數字化方向發展,平臺向臨近空間和空間平臺延伸;更復雜環境需求,促使雷達體制演化,工作頻段拓展、帶寬增大;多元任務化使得雷達加強隱蔽性,改善抗干擾和反隱身性能。圖圖5:目標多元化,環境復雜化,任務多元化三維推動雷達技術發展目標多元化,環境復雜化,任務多元化三維推動雷達技術發展 目標多樣化環境復雜化任務多元化雷達平臺向數字化、空間平臺衍生數字相控陣雷達、MIMO雷達雷達頻段拓展、帶寬增大SAR、三維SAR、極化干涉SAR雷達加強隱蔽性,改善低截獲、抗干擾和反隱身性能,無源、被動、外輻射源、雙多基地、柵欄、分布式、網絡化等雷達體制 數據來源:雷達技術發展
18、綜述及第五代雷達初探_郭建明,東吳證券研究所 12/67 發展歷程劃分為四個階段:1)上世紀初)上世紀初-上世紀上世紀 30 年代年代,基礎雷達出現,初露鋒芒。2)上世紀)上世紀 30 年代年代-上世紀上世紀 60 年代年代,戰爭催化,應用拓展大放光彩。3)冷戰對峙)冷戰對峙,技術理論發展,相控陣雷達、脈沖多普勒雷達、合成孔徑雷達三足鼎立。4)20 世紀軍事世紀軍事信息化時代信息化時代,雷達依據集成化和數字化兩個特征共同發展,多維創新。圖圖6:雷達發展歷程雷達發展歷程 上世紀90年代新世紀視角布局工作頻段探測器構型信號處理功率器件應用領域單視角點狀布局單視角點狀布局2維多視角布局(扁平網絡化多
19、站雷達、雙多基SAR)VHF中低頻1維多視角布局(單站,SAR,ISAR)K頻段-Ka頻段VHF高頻-K頻段Ka頻段-激光頻段1維信號處理2維信號處理(MTD,PD,SAR,ISAR)多維信號處理(TBD,多波段、多極化)簡單雛形1維信號處理單探測器構型(非相控陣)多探測器構型(模擬、平面相控陣)多探測器共形構型(數字、共形相控陣)普通電子管真空電子管微波電子管寬禁帶半導體飛機、輪船偵察火炮精度提升軍事多功能軍民領域融合 數據來源:雷達技術發展規律和宏觀趨勢分析_楊建宇,雷達技術發展綜述及第五代雷達初探_郭建明,東吳證券研究所 1.4.1.信息處理數字化發展,硬件集成度提升,雙管齊下雷達迭代信
20、息處理數字化發展,硬件集成度提升,雙管齊下雷達迭代:觀測視角覆蓋增加。觀測視角覆蓋增加。雷達占據空間位置從一點布局,衍生出雙點、多點布局,形成了雙多基地雷達。預期將向分布式雷達和立體網格雷達演化。通道構型數字化演變。通道構型數字化演變。雷達通道占據空間位置配置方式向數字化發展,由傳統連續分布、平面共型陣列,逐步衍生為多通道多波形傳輸控制。傳統相控陣雷達衍生出接收DBF、數字陣列雷達(DAR)和正交波形 MIMO 雷達等。信號處理升維信號處理升維。由早期的窄帶、單頻、單極化逐步向寬帶、多頻段、多極化演變。采用頻率捷變、極化捷變、多極化等技術,在更寬頻域范圍和多極化域中有效地觀測目標與環境的差異,
21、以改善雷達的目標檢測、低仰角跟蹤、反偵測抗干擾等性能。硬件集成度提升。硬件集成度提升。寬禁帶半導體技術突破使得真空管器件逐漸被固態器件替代真空管器件逐漸被固態器件替代。固態器件具有更好的性能(GaAs,GaN,SiC)、更低的成本,可以實現微波單片集成電路、片上系統 13/67 以及片上雷達等。圖圖7:雷達技術迭代提升雷達技術迭代提升 雷達技術迭代維度雷達技術迭代提升觀測視角覆蓋增加信號處理升維通道構型數字化硬件集成度提高一點布局連續分布,平面共型傳統陣列窄帶、單頻、單極化真空管器件多點布局分布式布局多通道,多波形數字陣列寬帶、多頻段、多極化固態器件 數據來源:雷達技術發展規律和宏觀趨勢分析_
22、楊建宇,東吳證券研究所 1.4.2.相關技術革命推動雷達技術飛躍發展相關技術革命推動雷達技術飛躍發展 70 多年技術發展中,新概念和基礎理論對雷達能力拓展決定性先導作用。多年技術發展中,新概念和基礎理論對雷達能力拓展決定性先導作用。信號處理技術發展過程中信號處理技術發展過程中,匹配濾波、模糊函數、最佳檢測、卡爾曼濾波等基礎理論,奠定了雷達波形設計信號數據處理基礎;集成電路、數字處理等技術,為實現脈沖壓縮、成像處理、自動檢測跟蹤以及雷達系統的數字化,提供關鍵技術手段。功率器件更新迭代過程中功率器件更新迭代過程中,行波管、固態發射、數字發射接收技術顯著改善雷達目標探測能力。此外,新式理論不斷出現,
23、1960 年收發相參技術、波束形成與控制、合成孔徑成像處理等理論奠基了相控陣雷達、合成孔徑雷達等發展框架。14/67 圖圖8:雷達重要技術出現節點雷達重要技術出現節點 數據來源:雷達技術發展規律和宏觀趨勢分析_楊建宇,東吳證券研究所 未來雷達仍保持數字信息化迭代發展。未來雷達仍保持數字信息化迭代發展。智能化探測和網格化探測的基礎理論,將為可能出現的智能雷達和立體網格雷達的發展起到先導作用。寬禁帶半導體可以顯著增大固態器件功率,大幅提高雷達系統的探測威力和可靠性;超常電磁材料、納米電子技術、微機電技術可能帶來未來雷達新模式。2.數字化和集成化雙維趨勢發展,數字化和集成化雙維趨勢發展,雷達應用雷達
24、應用邁入新里程邁入新里程 2.1.數字化趨勢,相控陣雷達迭代機械掃描雷達數字化趨勢,相控陣雷達迭代機械掃描雷達 按照掃描方式,雷達分為機械掃描雷達與電子掃描相控陣雷達。機械掃描雷達是由機械轉動裝置控制天線的指向,讓信號波發射到不同的方向,從而探測目標。由于掃描慣性和掃描角轉換等機械耦合結構特性使得其難保持高速高質量追蹤搜索移動目標的任務,并且抗干擾能力較弱。圖圖9:機械掃描雷達機械掃描雷達 圖圖10:相控陣雷達相控陣雷達 數據來源:ESA 官網,東吳證券研究所 數據來源:Wikipedia,東吳證券研究所 相控陣雷達技術重構了傳統探測器結構:由大量相同的輻射單元組成雷達面陣,通過饋電控制電磁波
25、束電子掃描,實現多波束快速掃描探測,并且可根據實際環境靈活控 15/67 制波束相位與幅度,切換波束指向進行掃描,且相位變化速度達到毫秒量級,使雷達能夠在極短時間內完成全空域掃描。且由于輻射單元內芯片可獨立工作,在信號處理和抗干擾能力顯著增強。表表3:機掃雷達與相控陣雷達性能對比機掃雷達與相控陣雷達性能對比 性能指標 機械掃描雷達 相控陣掃描雷達 探測性能 掃描速度 慢 快 數據更新率 低 高 多目標跟蹤精度 低 高 探測距離 近 遠,約提高 40%50%饋線損耗 大 小 雷達截面積 大 小 數字化程度 多功能性 差 優 數字化 低 高 穩定性 抗干擾性 弱 強 發射功率管理 差 優 成本 采
26、購費用 低 高 數據來源:wind,東吳證券研究所 相控陣雷達較之傳統雷達,主要有以下 4 個優點:1)波束指向靈活,能實現無慣性高準確率掃描;2)單個雷達可同時形成多個獨立波束,同時實現搜索、識別、跟蹤、制導、無源探測等任務;3)目標容量大,可在空域內同時監視數百個目標;4)在復雜目標環境的適應能力、抗干擾性能好,即使少量組件失效仍能正常工作。2.2.厚積薄發厚積薄發 40 載載,相控陣技術數字化智能化迭代,相控陣技術數字化智能化迭代 相控陣雷達通過電子計算機控制移相器改變天線孔徑上的相位分布來實現波束在空間的掃描,從而完成對空搜索。針對遠距離目標搜索,各個輻射器通過電子計算機控制集中向一個
27、方向發射、偏轉,觀察距離范圍大。2.2.1.相控陣雷達技術發展歷史相控陣雷達技術發展歷史 多功能相控陣雷達發展劃分為:無源、有源和數字相控陣 3 個階段。16/67 圖圖11:相控陣面雷達發展三階段相控陣面雷達發展三階段 模擬波束形成高功率放大器波形產生LNAA/DT/R組件模擬波束形成波形產生A/DT/R組件T/R組件T/R組件TDDSRA/DTDDSRA/DRA/DTDDS數字濾波形成波形控制/時鐘無源相控陣有源相控陣數字相控陣 數據來源:微波射頻網,東吳證券研究所 第一階段:無源相控陣雷達。第一階段:無源相控陣雷達。無源相控陣即天線陣是無源,采用電真空管中央發射機,信號處理收發仍是集中式
28、的,通過嵌入的鐵氧體類移相器嵌入的鐵氧體類移相器對陣面口徑場分布進行控制,實現波束的空間掃描和自適應捷變掃描,但可靠性低。第二階段:有源相控陣雷達。第二階段:有源相控陣雷達。有源相控陣雷達具有較高靈敏度、高可靠性、高探測性能,由成百上千個獨立固態 T/R 組件和輻射模塊組成。每個輻射模塊都是一個獨立而可控頻率、幅度、相位的發射器和接收器,且由于獨立性,陣列中 10%的模塊單元失效對系統性能的影響不大。有源相控陣配置具有更寬的帶寬,需要的體積和主功率顯著降低,重量約為等效無源相控陣天線的 50%。第三階段:數字相控陣雷達。第三階段:數字相控陣雷達。數字相控陣雷達系統(DAR)依靠 T/R 組件數
29、字電路和微處理芯片,有很高的重構性數字化核心。其采用數字多波束形成技術,具有快速的廣域掃描速率、高靈敏度、更好的雜波對消、操作靈活性(多路同時波束,波束多路傳輸)、更好的標校方式。表表4:有源相控陣雷達與無源相控陣雷達對比有源相控陣雷達與無源相控陣雷達對比 類型 差異特點 優勢 劣勢 無源相控陣 中央發射機信號處理收發集中式,輻射單元共用一個 T/R 組件 成本低、技術難度小 頻寬小、靈敏低、信號處理能力弱 有源相控陣 信號處理收發分布式,輻射單元有獨立 T/R組件,單個組件損壞不影響整體性能 頻寬大、靈敏度高、信號處理能力強 成本高、技術難度高 數據來源:Bing 百科,東吳證券研究所 目前
30、市面上相控陣雷達主要分為有源(主動)和無源(被動)兩類。二者天線陣相目前市面上相控陣雷達主要分為有源(主動)和無源(被動)兩類。二者天線陣相同,主要區別在于同,主要區別在于 T/R 組件數量。組件數量。無源相控陣雷達在功率、效率、波束控制及可靠性等 17/67 方面均劣于有源相控陣雷達,但技術難度更低,且其功能明顯優于機械掃描雷達,因此無源相控陣雷達作為相控陣雷達中的低端產品,具有很大的過渡價值和實用價值。圖圖12:“梟龍”有源相控陣雷達“梟龍”有源相控陣雷達 圖圖13:“屏障”無源相控陣雷達“屏障”無源相控陣雷達 數據來源:觀察者網,東吳證券研究所 數據來源:九尾網,東吳證券研究所 2.2.
31、2.相控陣天線中的核心元器件相控陣天線中的核心元器件T/R 組件組件 天線是有源相控陣雷達最重要的組成部分,天線是有源相控陣雷達最重要的組成部分,有源相控陣雷達工作方式的靈活性首要取決于有源相控陣天線的性能,同時其成本很大程度上取決于天線的成本。除了傳統雷達天線具有的波束形成和波束掃描功能外,天線功能還包含發射信號功率放大和接收信號低噪聲放大。有源相控陣天線由輻射單元、T/R 組件、電源模塊、控制模塊、射頻網絡模塊、供電網絡、液冷管網以及作為結構支撐的陣面骨架等組成,其中其中 T/R 組件是相組件是相控陣天線中的核心元器件??仃囂炀€中的核心元器件。圖圖14:無線通信中無線通信中 T/R 組件及
32、射頻微系統扮演核心角色組件及射頻微系統扮演核心角色 數據來源:臻鐳科技招股書,東吳證券研究所 T/R 組件性能指標性能指標和數量數量直接影響雷達天線的指標,是有源相控陣雷達實現波束電控掃描、信號收發放大的核心組件。T/R 組件指一個無線收發系統中射頻與天線之間的 18/67 部分,即 T/R 組件一端接天線,一端接中頻處理單元就構成一個無線收發系統。T/R 組組件是由有源芯片和無源結構組成的整體件是由有源芯片和無源結構組成的整體,本質上為完全獨立的發射接收前端,負責信號的發射和接收并控制信號的幅度和相位,從而完成雷達的波束賦形和波束掃描,圖圖15:相控陣天線結構組成展示相控陣天線結構組成展示
33、圖圖16:相控陣天線實體展示相控陣天線實體展示 數據來源:雪球公眾號,東吳證券研究所 數據來源:新浪網,東吳證券研究所 相控陣 T/R 組件數量大,根據大型相控陣雷達維修解決方案論文數據,雷達天線陣面龐大,高達數十米,陣面上天線單元(收發組件)數目龐大,如美國 AN/FPQ-16相控陣雷達的天線單元數目多達 6600 個,AN/FPS-108 相控陣雷達的天線單元數更是高達 34678 個。根據機載有源相控陣火控雷達技術介紹,T/R 組件陣列可占整個雷達造價的 70%左右左右。圖圖17:T/R 組件基本結構組件基本結構 圖圖18:有源相控陣雷達系統結構有源相控陣雷達系統結構 數據來源:國博電子
34、招股說明書,東吳證券研究所 數據來源:國博電子招股說明書,東吳證券研究所 T/R 組件內的有源芯片的組成基本構成相同:T/R 芯片可分為放大器類芯片、幅相控制類芯片和無源類芯片三類。具體產品包括功率放大器芯片、驅動放大器芯片、低噪 19/67 聲放大器芯片等。表表5:T/R 芯片分類芯片分類 芯片分類 作用 放大器類芯片 低噪聲放大器芯片 用于接收系統前端,放大信號、抑制噪聲干擾,提高系統靈敏度 功率放大器芯片 輸入激勵信號的增益放大并將直流功率轉換成微波功率輸出 收發多功能芯片 集成發射驅放/功放、接收驅放/低噪放、收發切換開關等功能 幅相控制類芯片 數控移相器芯片 控制相位變化量來調整波束
35、形成,廣泛應用雷達、微波通信 數控衰減器芯片 控制衰減量來調整信號幅度以適應有源相控陣天線的波束寬度和旁瓣功率電平,并補償移相器引入的增益變化 數控延時器芯片 控制信號的延時量,改善天線的頻率響應,對指向漂移進行校正,被廣泛應用于寬帶相控陣天線中以抵消天線的孔徑效應。模擬波束賦形芯片 將單個或多個射頻收發通道單片集成,每個射頻通道擁有獨立信號放大、開關切換以及幅度和相位控制功能電路。無源類芯片 開關芯片 控制邏輯連通多路射頻信號,以實現不同信號路徑切換,包括接收與發射的切換、不同頻段間的切換等。功分器芯片 將一路輸入信號的能量分成兩路或多路輸出能量相等或不相等的器件,也可反過來將多路信號的能量
36、合成一路輸出。限幅器芯片 把輸出信號的幅度限定在一定的范圍內 數據來源:鋮昌科技招股書,東吳證券研究所 T/R 組件的無源結構,由基板、傳輸結構、屏蔽腔體組成。其中基板是無源傳輸結構和各種器件包括有源芯片的載體;屏蔽腔體是組件的外殼,起到結構支撐和電磁屏蔽的作用。圖圖19:相控陣芯片功能模塊分析相控陣芯片功能模塊分析 圖圖20:ZigBee 射頻芯片內部結構射頻芯片內部結構 數據來源:鋮昌科技招股說明書,東吳證券研究所 數據來源:國博電子招股說明書,東吳證券研究所 雷達發展趨勢為數字化數字化和集成化集成化,T/R 組件作為相控陣雷達的核心組成,其發展趨勢和雷達整體協同一致,為設備集成化和信息處
37、理數字化。20/67 圖圖21:T/R 組件發展趨勢以及對應技術組件發展趨勢以及對應技術 T/RT/R組件的發展趨勢組件的發展趨勢控制數字化控制數字化設備集成化設備集成化寬禁帶半導體技術寬禁帶半導體技術微波電路微波電路 CADCAD開發開發微波毫米波多芯片組微波毫米波多芯片組件技術件技術(MMCM)(MMCM)溫共燒陶瓷溫共燒陶瓷LTCCLTCC多層基板技術多層基板技術多層印制板與多層印制板與MCMMCM多芯片微組多芯片微組裝工藝裝工藝MESFETMESFET、HEMT HEMT 和和 HBT HBT 技術技術3D3D堆疊技術堆疊技術其他集成方案其他集成方案SIG SIG 系統封裝技術系統封裝
38、技術數字化數字化T/RT/R組件組件微波集成電路技術微波集成電路技術(MM(MMIC)IC)微細加工技術微細加工技術(光刻光刻)先進封裝技術和在片測試先進封裝技術和在片測試多波束形成技術多波束形成技術(DBFDBF)數據來源:T/R 組件核心技術最新發展綜述_吳禮群,東吳證券研究所 相控陣雷達 T/R 組件關鍵技術關鍵技術包括射頻技術、子陣列集成技術、多波束形成技術、雙極化技術等,其技術發展決定了相控陣雷達的數字化和集成化程度。表表6:相控雷達五大關鍵技術相控雷達五大關鍵技術 技術名稱 應用方式 射頻技術 使用多種材料和 T/R 組件來提升雷達在不同射頻波段的功率性能和抗噪聲性能。在陣列天線上
39、,砷化鎵(GaAs)單片微波集成電路制成的 T/R 組件已普遍應用。子陣列集成技術 提升相控陣天線的一次成功概率,降低經濟成本;通過表面安裝技術與電路板組件封裝相結合,通過嵌入式處理方式將波束形成、功率控制等集成到模塊中,利用印制電路板技術一次成型。多波束形成技術 以數字技術為基礎,可以直接應用微波集成采技術對信號進行高精度抽樣與檢測,可以在 S 波段中實現多波束形成。雙極化技術 可以為每個陣元分配一組共兩個互相獨立的極化通道,然后利用天線陣元的雙通道特性來獲得差動反射率的偏差,增強目標的極化特征。多輸入輸出技術 它可以利用雷達天線陣列的多天線特性向空域目標發射多束探測信號,然后對回波信號進行
40、分集接收和數據融合處理,實現參數可識別性能的提升。數據來源:雷達技術發展綜述及多功能相控陣雷達未來趨勢_李均閣,東吳證券研究所 21/67 2.2.3.高集成化為高集成化為 T/R 組件核心發展邏輯之一組件核心發展邏輯之一 縱觀微波電路發展史,高集成化高集成化始終是電子系統和技術發展的趨勢??傮w看來,兩個邏輯始終貫徹發展:1)大幅提高單個器件、大幅提高單個器件、MMIC 的技術水平,使各類的技術水平,使各類 T/R 組件發組件發生革命性生革命性迭代迭代;2)研發研發更優更優集成方案,集成方案,在在體體積、重量和成本方面取得突破。積、重量和成本方面取得突破。其中,微波毫米波多芯片組件(MMCM)
41、技術、SIP 封裝、3D 堆疊技術是廣泛應用于軍工產品,是產品實習高集成度、高性能和微小型化的基礎,應用前景廣闊。MMIC 微波集成電路技術,是在同一塊半導體基片上的集成多組模塊的微波電路,功能可以涵蓋功率放大器、低噪聲放大器、移相器和衰減器等模塊。具有物理體量小、能效高、穩定性佳、電路設計靈活和制造、維護成本低等優點,與通訊產業有效荷載小型化、高集成模塊化等要求相契合。其中,幅相多功能 MMIC 指集成了可以對微波信號進行幅度控制的衰減器、相位控制的移相器及數字驅動器等多種功能的芯片,通常運用于有源電子掃描陣天線等數字波束掃描領域。圖圖22:Gree 公司產出公司產出 612GHz 性能的性
42、能的 25WGaNMMIC 數據來源:ElectronicsW,東吳證券研究所 隨著寬禁帶半導體技術的進展,新一代半導體芯片碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)單片微波集成電路制成的 T/R 組件已開始用于相控陣雷達中,憑借高能量禁帶、高擊穿場強、在小芯片尺寸上具有高射頻密度、高熱導性、高抗輻射等優越特性,有望將混合信號電路的性能提升到更高層次,進一步推動新一代 T/R 組件技術的發展,從而進一步加強市場滲透。表表7:MMCM 核心技術概覽核心技術概覽 MMCM 核心技術 落地應用 溫共燒陶瓷 LTCC 多層基板技術 根據預先設計的結構,將電極材料、基板、電子器件等一次性燒成 多層印制板與 MC
43、M 多芯片微組裝工藝 多層印制板作為常用載體;微波射頻系統中所用的多層印制板通常采用盲孔或者埋孔來確保不同層之間的信號傳遞 其他新型工藝 幅相控制多功能芯片異構集成串并轉換集成方案、組件塑料封裝技術、新型圓片級異構集成技術、盒式結構 MEMS 陣列天線等 數據來源:東吳證券研究所整理 22/67 微波毫米波多芯片組件(MMCM)是為滿足相控陣雷達 T/R 組件小型化需求而逐步發展成熟的新型組裝技術。MCM(MultiChipModel)將多個集成電路芯片連接于共用電路基板上,并利用它實現芯片間互連,是一種典型的高級混合集成組件。以低溫共燒陶瓷 LTCC 多層基板技術、多層印制板技術等技術為代表
44、。系統封裝技術(系統封裝技術(SIP)和)和 3D 堆疊堆疊技術在技術在 T/R 組件進一步集成化起重要作用。組件進一步集成化起重要作用。SIP級 T/R 組件的核心內容是三維多芯片組裝(3D-MCM)。T/R 組件從二維平面結構提升到三維堆疊結構演變。SiP 技術從封裝的立場出發,對不同芯片進行并排或疊加的封裝方式,將多個具有不同功能的有源電子元件(MEMS光學器件)與可選無源器件組裝實現單個標準封裝。圖圖23:SIP 封裝技術組成分布封裝技術組成分布 數據來源:電子制造技術,東吳證券研究所 三維異構集成(三維異構集成(3Dheterogeneousintegration)微系統技術成為下一
45、代應用高集成)微系統技術成為下一代應用高集成電子系統技術發展重要方電子系統技術發展重要方向,是新一代裝備向小型化、高性能、低成本方向發展的主要,是新一代裝備向小型化、高性能、低成本方向發展的主要支撐技術之一。支撐技術之一。該技術基于 MEMS 硅腔技術、TSV 硅轉接板技術、高精度 MMIC 微組裝技術和低溫圓片鍵合技術,實現多功能異質芯片及無源器件的一體化三維集成。3D堆疊技術通過實現GaAs/GaN為代表的化合物芯片與硅基芯片的異構集成及縱向三維集成,通過堆疊技術或過孔互連等微機械加工技術,使其在 Z 軸方向上形成立體集成、信號連通及圓片級、芯片級、硅帽封裝等封裝和可靠性技術為目標。3D
46、堆疊技術降低了芯片功耗,相比傳統模組可以有效縮減信號傳輸路徑和系統面積實現器件及模塊性能的最大化,提高射頻系統集成度,在應用中擁有較強優勢。23/67 圖圖24:臺積電臺積電公布公布 SoIC 多芯片多芯片 3D 堆疊技術堆疊技術 圖圖25:基于芯片堆疊式的基于芯片堆疊式的 3D 技術技術 數據來源:搜狐新聞,東吳證券研究所 數據來源:搜狐新聞,東吳證券研究所 基于芯片堆疊式的基于芯片堆疊式的 3D 技術技術目前廣泛應用于 SiP 領域。將功能相同的裸芯片從下至上堆在一起,形成 3D 堆疊,再由兩側的鍵合線連接,最后以系統級封裝(System-in-Package,SiP)的外觀呈現。受限于摩
47、爾定律的極限,單位面積可集成的元件數量越來越接近物理極限,而 SiP 封裝技術、3D 堆疊技術實現更高的集成度,是突破摩爾極限的優選。圖圖26:3D 異構異構堆疊集成微系統將是未來的主流發展趨勢堆疊集成微系統將是未來的主流發展趨勢 數據來源:臻鐳科技招股書,東吳證券研究所 在相控陣領域,應用該技術可實現射頻芯片和無源傳輸結構及天線陣元的三維一體在相控陣領域,應用該技術可實現射頻芯片和無源傳輸結構及天線陣元的三維一體化集成和高性能氣密性封裝,以及模塊化低成本快速組陣能力化集成和高性能氣密性封裝,以及模塊化低成本快速組陣能力。SIP 級 T/R 組件的發展將會更多依賴于微電子工藝集成,進一步提升
48、T/R 組件的集成度,將加大相控陣雷達的小型化程度。長期發展來看,T/R 組件技術將迎來以異構集成為主的微系統,目前國內多家軍工民營企業都已布局涉獵,未來將有較大發展空間。2.2.4.順應裝備信息化潮流,順應裝備信息化潮流,T/R 組件組件向數字化邁進向數字化邁進 同時,數字化也是不可阻擋的發展趨勢,數字化組件發展和數字信號處理優化是其數字化組件發展和數字信號處理優化是其兩個主要發展方向兩個主要發展方向。起初,相控陣雷達依靠模擬電路進行數據處理。模擬信號的隨機性和抖動特性,限制了雷達信號處理發展。隨著 70 年代電子技術的進步,數字數字波束形成波束形成 24/67(DBF)技術)技術誕生,雷達
49、信號處理的相位控制直接用數字移相數字移相完成。相控陣雷達開始進入到數字陣列雷達時代。數字陣列雷達是雷達系統與數字信號處理技術兩者結合的產物,其在發射端和接收端都可使用數字多波束形成技術,是未來雷達系統發展的趨勢。數字陣列雷達系統不僅包含傳統相控陣雷達系統的優點,而且其動態范圍大和抗干擾能力強,同時還具有低損耗、低副瓣、高自由度、高角度測量精度等優勢。圖圖27:美國美國靈活分布式陣列雷達”(靈活分布式陣列雷達”(FlexDAR)圖圖28:AMDR-S 艦載數字陣列雷達艦載數字陣列雷達 數據來源:面包板社區,東吳證券研究所 數據來源:雷達通信電子戰公眾號,東吳證券研究所 1)數字化)數字化 T/R
50、 組件組件 數字數字 T/R 組件組件作為數字相控陣雷達的重要組件,具有控制方便,較小相位誤差作為數字相控陣雷達的重要組件,具有控制方便,較小相位誤差和和損耗損耗等特點,決定數字相控陣雷達的性能。等特點,決定數字相控陣雷達的性能。T/R 組件的數字化是通過 DDS(DirectDigitalSynthesis)生成的數字型號)生成的數字型號,利用數字方式計算得到多波束發射權值的幅度和相位??刂葡嗫仃嚱邮?、發送信號的幅度和相位,并且各通道無需模擬移相器和衰減器就能控制發射信號的相位和幅值,進而可以靈活的控制發射波束指向和形狀。數字 T/R 組件的數字驅動器從集成并口多功能向集成串口多功能發展集成
51、串口多功能發展,減少 T/R 組件之間的互聯,可以提高組件的集成度、穩定性并降低功耗。圖圖29:數字移相器實物圖數字移相器實物圖 圖圖30:數字移相器原理圖數字移相器原理圖 數據來源:增益微波官網,東吳證券研究所 數據來源:CSDN,東吳證券研究所 25/67 在數字化的芯片研發方面,鍺硅等工藝實現的 MMIC 可以利用成熟的 CMOS 數字邏輯半定制或全定制數字驅動器功能,主要包括了數字 T/R 移相器、數字 T/R 衰減器和數字化相控陣天線系統,具有控制方便,較小相位誤差和損耗等特點。未來數字化未來數字化 T/R 組件組件廣泛應用,對于廣泛應用,對于 T/R 組件組件的需求量將大大提升,未
52、來市場有的需求量將大大提升,未來市場有望擴張。望擴張。數字相控陣雷達其核心是為每個相控陣通道單元或模塊配備等量的射頻直采ADC/DAC,以實現海量多波束空間合成,同時,每個通道都需要一個單獨 T/R 組件,在數量上遠超原本模擬相控陣雷達 T/R 組件。目前數字化相控陣雷達處于發展階段,未來穩定廣泛應用之際,數字化 T/R 組件需求量存在大量提升。2)數字)數字波束形成波束形成(DBF)技術)技術 傳統的模擬相控陣雷達采用移相器和功率合成網絡進行射頻雷達信號合成處理,缺乏多波束工作能力;而新型的數字相控陣雷達則在數字域進行相位合成,可實現大量波而新型的數字相控陣雷達則在數字域進行相位合成,可實現
53、大量波束同時處理與分發的能力束同時處理與分發的能力。其核心是為每個相控陣通道單元或模塊配備等量的射頻直采ADC/DAC,以實現海量多波束空間合成多波束形成技術是通過同一天線形成形狀、大小均不同的多個波束,廣泛應用于傳統相控陣雷達和數字陣列雷達。由于每個波束可同時獨立工作,雷達多目標探測、搜索、定位、跟蹤等性能得到較大提升。20 世紀 80 年代,數字信號處理技術的發展帶動了波束形成技術從模擬實現方式進入了數字實現方式從模擬實現方式進入了數字實現方式,用數字方式在雷達發射端或接收端實現多波束形成。數字波束形成技術(DBF)根據探測多波束的需求,使用不同波束形成算法來得到多波束發射的權值,再結合基
54、帶信號得到各發射通道需要的多波束發射信號,信號的接收處理則由數字 T/R 組件完成。26/67 圖圖31:雷達接收多波束信號過程雷達接收多波束信號過程 數字數字T/R組件組件數字數字T/R組件組件數字數字T/R組件組件直接數字控制器直接數字控制器(DDC)直接數字控制器直接數字控制器(DDC)直接數字控制器直接數字控制器(DDC)通道矯正通道矯正匹配濾波匹配濾波匹配濾波匹配濾波匹配濾波匹配濾波空時處理與干擾空時處理與干擾抑制抑制空時處理與干擾空時處理與干擾抑制抑制空時處理與干擾空時處理與干擾抑制抑制目標檢測目標檢測目標檢測目標檢測目標檢測目標檢測參數測量參數測量(角度角度)參數測量參數測量(角
55、度角度)參數測量參數測量(角度角度)數字多波束形成數字多波束形成點軌跡輸出點軌跡輸出變頻器變頻器變頻器變頻器變頻器變頻器高頻信號中頻信號數字中頻信號數字基帶信號信號頻率變化分布射頻信號射頻信號高頻信號通過變頻器變為中高頻信號通過變頻器變為中頻信號傳送至數字頻信號傳送至數字T/R組件組件數字陣列雷達系統的接收機數字陣列雷達系統的接收機接收到由目標反射的射頻信接收到由目標反射的射頻信號號,各個陣元隨后傳給變頻各個陣元隨后傳給變頻器器數字控制器進行信號處理數字控制器進行信號處理對信號采用多波束形成技術對信號采用多波束形成技術得到多個波束通道得到多個波束通道對各波束進行信號處理及目對各波束進行信號處理
56、及目標檢測標檢測控制單元根據處理結果實施控制單元根據處理結果實施相應的控制相應的控制 數據來源:多波束形成技術在相控陣雷達中的應用_張楠,東吳證券研究所 數字波束形成技術具有硬件復雜度低、可靈活改變波束的指向和形狀、強抗干擾能數字波束形成技術具有硬件復雜度低、可靈活改變波束的指向和形狀、強抗干擾能力可同時實現多波束形成、輸出信噪比高的優點,同時也降低了信號處理過程中信息的力可同時實現多波束形成、輸出信噪比高的優點,同時也降低了信號處理過程中信息的損失。損失。利用數字波束形成技術,接收機將陣列天線接收到的各路信號都變成數字信號進行靈活的數字技術處理以形成波束,并且能夠盡可能的保持各個天線的陣元接
57、收到的全部有用信息到數字處理端。降低信息的損失。目前,國外發達國家的 SMART 艦載三坐標雷達、艦載相控陣雷達 MESAR 等都已經使用了數字波束形成技術。3.軍民軍民雷達應用產業雷達應用產業格局,相控陣雷達為主流發展趨勢格局,相控陣雷達為主流發展趨勢 27/67 3.1.軍用民用領域重要組成,相控陣雷達為主流發展趨勢軍用民用領域重要組成,相控陣雷達為主流發展趨勢 雷達在軍事上是防空和作戰系統的重要組成部分,同時也被廣泛應用于氣象預報、雷達在軍事上是防空和作戰系統的重要組成部分,同時也被廣泛應用于氣象預報、資源探測、環境監測、交通管理等民用領域。資源探測、環境監測、交通管理等民用領域。雷達優
58、勢眾多,應用廣泛。雷達電磁波有一定的穿透能力,不受霧、云和雨的阻擋,具有全天候全時的特點,且發射功率大、探測距離遠、測量精度較高、可自動搜索并跟蹤目標的能力。電子對抗在整體軍隊備戰以及戰爭對抗過程中,扮演著越來越重要的角色,電子對電子對抗在整體軍隊備戰以及戰爭對抗過程中,扮演著越來越重要的角色,電子對抗戰爭頻率遠高于熱戰頻率,電子裝備更新是大勢所趨??箲馉庮l率遠高于熱戰頻率,電子裝備更新是大勢所趨。雷達作為主戰裝備的“火眼金睛”,已成為各類先進作戰平臺不可或缺的單元,是實現遠程打擊、精確打擊的必要手段,是發揮裝備作戰效能的倍增器。同時自身高精度探測性,雷達在民航交通、自動駕駛、氣象預報等方面均
59、有著廣泛應用。相控陣雷達替代傳統機械雷達系行業主流發展趨勢,市場滲透率不斷提升相控陣雷達替代傳統機械雷達系行業主流發展趨勢,市場滲透率不斷提升。根據ForcastInternatioal 數據,截至 2020 年,對于傳統機械掃描雷達,從生產總量來看,全球市占率為 76.22%,從銷售額來看,全球市占率為 17.63%。對于有源相控陣雷達,在2020 年,從生產總量來看,全球市占率為 14.16%,從銷售額總量來看,全球市占率為25.68%。有望進一步提高滲透率。相控陣雷達的發展趨勢主要為數字化和集成化,也代表了未來新一代信息化國防裝備的發展趨勢。圖圖32:2020 全球雷達全球雷達銷售份額銷
60、售份額及其市占率及其市占率 圖圖33:2020 全球雷達全球雷達生產總量生產總量及其市占率及其市占率 數據來源:ForecastInternational,東吳證券研究所 數據來源:ForecastInternational,東吳證券研究所 3.2.軍用雷達產業現狀:信息化裝備對抗核心,攻防兼備電子之眼軍用雷達產業現狀:信息化裝備對抗核心,攻防兼備電子之眼 軍用雷達是獲取陸??仗祀娢宕髴饒鋈秶鷳鹦g情報最主要的手段,在軍事情報領域具有極其重要的戰略地位,廣泛應用于警戒、武器控制、偵查和航行保障等領域。軍用雷達的應用需求可以分為兩個類別:一是在電子戰(電磁對抗、頻譜占領)中作為電一是在電子戰(電
61、磁對抗、頻譜占領)中作為電子屏障承擔軍事保障、支援和戰略預警功能子屏障承擔軍事保障、支援和戰略預警功能。二是作為輔助裝備信息化系統,搭載于陸二是作為輔助裝備信息化系統,搭載于陸??仗於嘈椭鲬鹧b備??仗於嘈椭鲬鹧b備,如海軍艦艇、空軍戰機、陸軍戰車搭載的雷達系統,廣泛用于偵查、火控、制導等信息化作戰需要。28/67 3.2.1.電子對抗承擔軍事保障、支援和戰略預警功能電子對抗承擔軍事保障、支援和戰略預警功能 電子對抗已從起初輔助保障行動發展為如今主戰支撐行動。電子對抗已從起初輔助保障行動發展為如今主戰支撐行動。在電子對抗中,專用電子設備、電子打擊武器系統破壞敵方電子設備的工作效能,同時保護己方電子
62、設備正常工作。電子摧毀、隨伴隨擾等電磁領域攻防能力,已成為衡量一支軍隊戰力強弱的標準配置,雷達在戰場上起到置敵抗先的角色。圖圖34:電子對抗中常見形式和雷達技術電子對抗中常見形式和雷達技術 電子對抗戰略及技術電子偵察電子干擾(防御)電子干擾(進攻)獲取對面雷達頻譜信息,地理位置信息直接序列擴譜抗干擾,空域、時域、頻率多維度抗干擾采用大功率壓制或者欺騙干擾,使得防御段雷達 失明 無源電子干擾干擾彈箔條干擾,誘騙偏導敵方導彈、雷達信號電子進攻反輻射導彈,自動搜尋電磁波波束尋找輻射源,對雷達和電子干擾機實施精確轟炸。電子干擾電子防御(反偵察)通過擴展頻譜技術、自適應信號控制,降低電子偵察系統偵察 數
63、據來源:對于主動雷達導引頭的兩種電子攻擊的研究_李德純,電子攻擊對防空的影響及應對方法_孫智勇,東吳證券研究所 電子偵察最主要是獲得對方雷達特征信號特征和位置信息等雷達特征信號特征和位置信息等關鍵信息,包括艦船,飛機,火控雷達等裝備的特征信號。目前電子戰環境日益復雜,雷達識別己不僅僅局限于不同型號的雷達,同型號雷達個體間的識別尤為重要。實現同型號雷達識別的鍵是提取出每一部雷達所特有的“指紋”特征,實現雷達個體的判別和追蹤。這些“指紋信息”由雷達內部元器件差異造成,表現形式為雷達發射信號的幅度變化、頻率漂移和相位噪聲等。飛機設計成隱身形式,火控雷達,路基雷達一般情況下都處于靜默狀態,目的就是為了
64、降低雷達信號特征。圖圖35:雷達通過對方雷達“指紋信息”進行目標型號識別雷達通過對方雷達“指紋信息”進行目標型號識別 數據來源:大慶網軍事頻道,東吳證券研究所 29/67 采用有源相控陣技術的機載雷達有大功率孔徑乘積、采用功率管理措施、靈活波束調度與捷變能力、大工作帶寬、發射波形復雜多變、低副瓣天線及自適應空間濾波等優化性質,在電子偵察、電子干擾、電子抗干擾、電子隱身等領域均提高了量級效能。圖圖36:電子戰角度中有源相控陣機載雷達優勢電子戰角度中有源相控陣機載雷達優勢 有源相控陣機載雷達優勢按鈕采用功率管理措施按鈕靈活波束調度與捷變能力按鈕極大工作帶寬按鈕發射波形復雜多變按鈕大功率孔徑乘積按鈕
65、低副瓣天線及自適應空間濾波提高對常規目標的作用距離或實現對反射面積較小目標的探測需求提高射頻隱身能力,降低被電子戰系統截獲概率可按照雷達工作環境的變化,目標動態變化進行能量靈活分配降低敵方全頻段的干擾壓制適應復雜強對抗環境下對目標穩定截獲能力,抗干擾強提高了副瓣抗干擾能力 數據來源:機載雷達技術的發展現狀及趨勢,東吳證券研究所 電子戰機中,J16D 等電子戰飛機采用最新有源相控陣技術,可以完成對敵方陸基探測及火控雷達的干擾和定位,組織己方 SEAD 單位進行攻擊,創造對地/海打擊的窗口;在防守端,殲-16D 具備強大的電子戰能力,能夠破壞、癱瘓防御電磁系統。在性能上可與美軍的電子戰機“咆哮者”
66、匹敵。J-16D 的服役,已經大大改變了太平洋的軍的服役,已經大大改變了太平洋的軍事力量平衡,也表明我國電子戰技術已經上升到了新的層次。事力量平衡,也表明我國電子戰技術已經上升到了新的層次。殲-16D 掛載的 PKZ930系列電子吊艙能夠和自身的航電系統融合,能夠兼顧三種電磁作戰模式,一是無線電偵察模式、二是航空集群主動防護干擾模式、三是主動進攻性干擾模式,具備偵察、防護、攻擊于一體的綜合電子作戰能力。圖圖37:J-16D 電子戰軍機宣告中國空戰電子戰平臺的新階段電子戰軍機宣告中國空戰電子戰平臺的新階段 數據來源:nationalinterest,東吳證券研究所 30/67 3.2.2.搭載海
67、陸空主戰裝備,扮演信息化輔助裝備角色搭載海陸空主戰裝備,扮演信息化輔助裝備角色 主主戰戰設備中設備中,有源相控陣雷達替代機械雷達已成主流發展趨勢,有源相控陣雷達替代機械雷達已成主流發展趨勢。機載和艦載預警及火控系統、地面和艦艇防空系統、精確制導等領域都應用有源相控陣雷達技術并且列裝。機載雷達技術發展正在擴大攻擊機的作戰優勢并擴展系統新的用途。機載雷達技術發展正在擴大攻擊機的作戰優勢并擴展系統新的用途。美國國防部關于美國軍用機載雷達報告中強調 AESA 技術可以大幅擴展雷達的功能,提高雷達的作戰應用范圍毫米波有源相控陣技術作為目前雷達探測領域最前沿的技術之一,將主要應用于機、艦等的高端雷達裝備。
68、相控陣體制將提高機載雷達在電磁環境中對付快速、機動和隱身目標以及徹底改進可靠性。表表8:機載掃描雷達戰機與相控陣掃描雷達戰機對比機載掃描雷達戰機與相控陣掃描雷達戰機對比 機載機械掃描雷達戰機 機載相控陣掃描雷達戰機 掃描速度低,目標數據率低 掃描速度快,目標數據率高 多目標跟蹤能力差,測量高速目標時產生很大誤差 多目標跟蹤能力強,數據信號處理強 難以同時實現地形跟隨、地物回避和對空搜索功能 低可探測性,高機動性和敏捷性 可靠性低,隱身性差 可靠性高,隱身性強 數據來源:淺析機載有源相控陣雷達的特點及對抗技術_諶東,東吳證券研究所 美國已全面將現役 F-15C、F-15E、F-18E、F-35、
69、F/A-22 等四代機雷達升級為有源相控陣雷達,并且預警機雷達都廣泛采用了 AESA 技術。此外,現役的美軍戰斗機、轟炸機、預警機、對地監視飛機的雷達也都換裝了有源相控陣雷達。圖圖38:美美 F/A-18E/F 采用新型電子掃描陣列雷達采用新型電子掃描陣列雷達 圖圖39:J-20 飛機搭載新型側視相控陣雷達飛機搭載新型側視相控陣雷達 數據來源:新浪軍事,東吳證券研究所 數據來源:新浪軍事,東吳證券研究所 我國經過軍隊信息化改革和裝備迭代,現役戰機均已經大部分覆蓋裝列升級相控陣我國經過軍隊信息化改革和裝備迭代,現役戰機均已經大部分覆蓋裝列升級相控陣雷達。雷達。新型預警機已普遍采用相控陣雷達,按照
70、通用的戰斗機劃代標準,三代機主要配備脈沖多普勒雷達,四代機及以上主要配備相控陣雷達。大規模生產并列裝四代機、五代機是現我國戰略空軍建設、空軍現代化建設的必然要求,機載 AESA 雷達也將隨著更多殲-10、殲-11、殲-15、殲-16 以及新型號如殲-20、殲-31 的列裝而加速發展。31/67 表表9:中美現役戰機機載雷達型號對比中美現役戰機機載雷達型號對比 國別 現役戰機型號 裝載雷達型號 作用距離 美國 F-15 AGP-63/70 升級為 APG-63V2 185 公里 F-16 APG-66/68 升級為 APG-80 150 公里 F-18D/C/E/F APG-65/73 升級為
71、APG-79 120 公里 F-35(JSF)AN/APG-81 NA F-22 AN/APG-77 160 英里 中國 J-8 脈沖多普勒火控雷達 NA J-10 1473 型電子掃描相位雷達 130 公里 J-11 RP 一 35“珍珠”雷達 160 公里 J-16 第二代 AESA NA J-20、J-118、J-15 第三代 AESA NA 數據來源:百度百科,東吳證券研究所 對于艦船而言,艦載雷達是其千里眼。在航母編隊中,應對預警機雷達、超視距雷達扮演重要角色,同時與星載雷達進行協同合作,以實現遠程探測與超遠程探測和武器的精確打擊。在艦載方面,我國海岸線長,同時周邊局勢復雜,暗流洶涌
72、。我國對制海權的監護需求與日俱增。當前,我國軍艦正逐漸裝備多功能相控陣雷達,進行信息化裝備迭代,未來隨著有源相控陣雷達不斷的滲透替代,未來隨著有源相控陣雷達不斷的滲透替代,T/R 組件市場空間廣闊。艦載組件市場空間廣闊。艦載 AESA 多功能多功能雷達集搜索、跟蹤和火控于一體,雷達集搜索、跟蹤和火控于一體,大幅大幅地縮短了防空反導的反應時間,已經成為護衛艦地縮短了防空反導的反應時間,已經成為護衛艦雷達配置的普遍選擇,單雷達艦船成為了現實。雷達配置的普遍選擇,單雷達艦船成為了現實。根據 GFP 數據顯示,中國海軍擁有 714艘艦艇,總噸位將近 110 萬噸。052C 型驅逐艦是我國海軍第一種安裝
73、四面有源主動相控陣雷達的戰艦,被稱“中華神盾”。隨著我國第二艘航母的正式交付列裝,帶動航母戰斗群附屬配套艦艇的投入,推動軍用艦載雷達發展。圖圖40:052D 驅逐艦配置的艦載多功能相控陣雷達驅逐艦配置的艦載多功能相控陣雷達 數據來源:央視網,東吳證券研究所 32/67 美國方面,隨著信息化電子戰裝備發展,近年美國海軍艦隊增加大量具有彈道導彈防御能力的 CG-47“提康德羅加”級巡洋艦和 DDG-51“阿利伯克”級驅逐艦等“宙斯盾”艦船進行?!爸嫠苟堋迸灤梢詫崿F多處部署,為艦載雷達從多個角度探測并跟蹤來襲彈道導彈、水面及水下威脅,且系統更加靈敏。隨時移動的艦船也讓敵方的探測和跟蹤系統難以截獲信
74、號,提高了己方的生存能力。根據美國國會預算辦公室(CBO)于 2011 年 3 月 9 日發布的美國海軍造船計劃分析報告,美國海軍的“宙斯盾”艦船總數量在 2011 財年年底實現 84 艘,并于 2020 年和 2021 年達到頂峰,實現 93 艘的保用量。圖圖41:美軍美軍 DDG-51“阿利伯克”級宙斯盾驅逐艦“阿利伯克”級宙斯盾驅逐艦 圖圖42:AN/SPY-6(V)防空反導雷防空反導雷達(達(AMDR)裝載)裝載 數據來源:新浪新聞,東吳證券研究所 數據來源:中國艦船研究公眾號,東吳證券研究所 目前,下一代的艦載防空和導彈防御雷達AMDR 雷達系統得到了美軍的青睞。美軍決定在計劃 20
75、162031 年間購買的 DDG-51“飛行 III”型驅逐艦、FFG(X)導彈護衛艦上安裝更強大的新型“防空與導彈防御雷達”(AMDR)。AMDR 雷達被稱為“下一代宙斯盾”系統。AMDR 是固態有源相控陣雷達,可以有效地對抗各類現役及未來的戰機、彈道導彈及超聲速反艦導彈。完整的 AMDR 套裝包括 1 部用于大量搜索的四面 S波段雷達(AMDR-S)、1 部用于地平線搜索的三面 X 波段雷達(AMDR-X)、以及 1 臺雷達控制器(RSC),同時系統采用雷達模塊組件(RMA)進行組裝,是美海軍首部擴展雷達。每個雷達模塊組件獨立封裝,可以堆疊形成任何尺寸陣列,以適應所有艦船的任務要求。3.3
76、.民用民用雷達產業雷達產業,氣象、交通、智能裝備多領域應用,氣象、交通、智能裝備多領域應用 民用雷達在氣象、交通、智能裝備多領域廣泛應用。其中,空管雷達扮演信息系統為空中交通安全保駕護航。氣象雷達是用于警戒和預報中、小尺度天氣的主要探測工具之一,種類可分為風廓線雷達、多普勒天氣雷達、毫米波雷達和相控陣雷達。33/67 圖圖43:毫米波全固態探測云雷達毫米波全固態探測云雷達 圖圖44:機場空管雷達機場空管雷達 數據來源:遠望探測官網,東吳證券研究所 數據來源:中國民航網,東吳證券研究所 在智能裝備方面,把毫米波相控陣雷達安裝在汽車上,可以測量從雷達到被測物體之間的距離、角度和相對速度等。作為一種
77、非接觸式傳感技術,現已廣泛應用于 ADAS(高級駕駛輔助系統)、自動駕駛領域,在 L2 以上自動駕駛系統中基本成為標配。市場發展潛力大。衛星互聯網是基于衛星通信的互聯網,通過在低軌道部署一定數量的衛星形成規模組網,為全球提供寬帶互聯網接入等通信服務。目前,世界主要國家都在大力發展相控陣天線技術,并在衛星上不斷應用,例如 SpaceX 的 Starlink 系列衛星,均采用了相控陣天線。相控陣天線電掃特性憑借避免傳統的衛星拋物面天線轉動給衛星姿態控制系統帶來的干擾,成為衛星天線技術的重要發展方向之一天線技術的重要發展方向之一。圖圖45:Apollo 汽車搭載毫米波相控陣雷達汽車搭載毫米波相控陣雷
78、達 圖圖46:SpaceXStarlink 計劃計劃 數據來源:Apollo 汽車官網,東吳證券研究所 數據來源:SpaceX 官網,東吳證券研究所 3.4.我國雷達產業我國雷達產業呈現呈現軍用為主,民用為輔的業務應用軍用為主,民用為輔的業務應用產業鏈產業鏈格局格局 34/67 3.4.1.雷達產業鏈雷達產業鏈以以軍工科研院所為主,民營軍工企業技術、產品配套層級不斷提升軍工科研院所為主,民營軍工企業技術、產品配套層級不斷提升 雷達產業鏈整體呈現軍用為主,民用為輔的業務應用格局。雷達產業鏈整體呈現軍用為主,民用為輔的業務應用格局。上游產業鏈包括半導體材料、元器件、芯片、電源等,中游產業鏈包括 T
79、/R 組件,雷達天線等,下游產業鏈包括雷達系統和雷達整機。雷達屬于軍工產業鏈,目前國內產業競爭格局表現為軍工科研院所為主,民營軍工目前國內產業競爭格局表現為軍工科研院所為主,民營軍工企業技術、產品配套層級不斷提升。企業技術、產品配套層級不斷提升。近年來,國家針對軍品市場出臺一系列政策,鼓勵軍民,包括公司在內的一批具備軍品科研能力的民營企業逐步進入市場。軍工科研院構成研發一級配套廠商團體,二、三、四級配套廠商科研院所參與比例依次降低,民營企業參與比例依次提升。圖圖47:我國武器裝備配套層級競爭格局我國武器裝備配套層級競爭格局 圖圖48:雷達行業產業鏈概況雷達行業產業鏈概況 數據來源:盟升電子招股
80、書,東吳證券研究所 數據來源:雷電微力招股書,東吳證券研究所 3.4.2.上中下游上中下游行業競爭格局行業競爭格局各有特色,企業分塊競爭市場各有特色,企業分塊競爭市場 上游段上游段業務業務,民營企業為主,軍工科研所參與研制民營企業為主,軍工科研所參與研制。其中半導體器件制造商龍頭為三安光電、立昂微、海特高新,電源產品以四創電子為主,T/R 芯片中國電科 13 所,55 所以及民營企業中鋮昌科技,國博電子、振芯科技、臻鐳科技領先市場。中游段業務,軍工科研所和民營企業合理分工,共同分配市場。中游段業務,軍工科研所和民營企業合理分工,共同分配市場。T/R 組件生產以中國電科 14 所、13 所、55
81、 所及其下子公司以及民營企業天箭科技、雷電微力、亞光科技為代表。雷達天線以中國電科 54 所,民營企業華訊方舟、三信防務為主要生產商。下游段業務,軍工科研院所基本構成,民營企業基本不參與業務發展。下游段業務,軍工科研院所基本構成,民營企業基本不參與業務發展。其中雷達整機主要生產商為中國電科 14 所、38 所、20 所、27 所、29 所,航天 23 所、航天 25 所、天和防務占主要市場份額。35/67 圖圖49:雷達配套廠商競爭格局雷達配套廠商競爭格局 三級配套廠商半導體器件電源T/R芯片二級配套廠商T/R組件天線一級配套廠商雷達整機三安光電、立昂微、海特高新中電科13所,中電科55所,鋮
82、昌科技,國博電子,振芯科技,臻鐳科技四創電子中電科14所、13所、55所,兵器科206所、天箭科技、雷電微力、亞光科技華訊方舟、三信防務、中電54所中電科14所、38所、20所、27所、29所、航天23所、天和防務 數據來源:Wind,東吳證券研究所 3.4.3.雷達產業軍工科研所雷達產業軍工科研所研發各有側重,輔助貢獻雷達發展力量研發各有側重,輔助貢獻雷達發展力量 中國目前主要存在 12 大軍工集團格局,研究方向各有側重,互相輔助而又環環相扣。雷達行業所覆蓋的軍工科研所主要包括中國電科集團旗下的眾多研究所,包括 14所、13 所、55 所、29 所,38 所,以及其他航院所、兵器所等,研究發
83、展方向各有側重的同時又能整體互相輔助結合。旗下上市公司也都在行業內提供了核心力量。圖圖50:我國軍工集團雷達行業發展我國軍工集團雷達行業發展互相輔助互相輔助而又環環相扣而又環環相扣 軍工科研所 簡介 軍工雷達產品(部分)中電科 14 所 中國雷達工業發源地,全國乃至亞洲最大的雷達研究所 殲-10、殲-11 機載火控雷達;殲-16、殲-20機載有源相控陣雷達;YLC-8B 反隱身雷達;346/346A 相控陣雷達;JH-18 雷達;YLC-48 便攜式多功能偵察雷達 中電科 13 所 中國成立最早、規模最大、技術力量雄厚、專業結構配套的綜合性半導體研究所。NA 中電科 55 所 我國大型電子器件
84、研究、開發及應用研究所之一,主要從事微電子、光電子、真空電子和 MEMS 等領域的各種器件、電路、部件和整機系統的開發和生產。國盛電子股東 NA 中電科 29 所 主要從事雷達對抗、通信電子戰相關技術、裝備研發 反隱身雷達 DWL002;K/RKL700A 型電子對抗吊艙 36/67 中電科 54 所 我國電子信息領域專業覆蓋面最寬、綜合性最強的骨干研究所 NA 中電科 38 所 國內軍事雷達電子的主要供應商。下屬四創電子股份有限公司是國內第一民用雷達上市公司。KJ-200 預警機、KJ-500 預警機雷達;第五代反隱身雷達;JY-17A 和 JY-17B 要地反無人機防御雷達等 中電科 20
85、 所 從事無線電導航、衛星導航、數據通信和信息協同等領域應用技術研究、產品研發與生產 NA 中電科 27 所 主要產品為系列激光雷達、陸軍戰場偵察雷達“低截獲”陸軍戰場偵察雷達、陸軍新型車載、便攜全部兩型偵察雷達、反無人機系統 航天科工 2 院 23 所 聚焦導彈和衛星應用領域的專業雷達研究 LM-313 車載有限電掃測量雷達(業內第一部)、C 波段相控陣天氣雷達、星載 SAR雷達 兵器工業 26 所 為常規武器裝備配套的火控雷達進行研制生產,具備 6 個品種、多個系列、年產 300套整機的雷達電子裝備生產能力 防空火控雷達、目標指示雷達、炮位偵校雷達、戰場偵察雷達、機載雷達、精確制導雷達 航
86、空工業 607 所 我國唯一的機/彈載雷達專業研究所,為軍用民用飛機提供雷達產品 機載有源相控陣雷達、有源相控陣機載氣象雷達、毫米波測云雷達 數據來源:各公司官網,東吳證券研究所 4.國防信息化建設、裝備優化、軍貿擴張國防信息化建設、裝備優化、軍貿擴張三駕馬車三駕馬車共同驅動市場共同驅動市場規模持續提升規模持續提升 國際咨詢公司 ForecastInternational2011 年-2020 年全球主要國家軍用雷達市場預測 數據顯示:2019 年全球主要國家軍用雷達市場約 120 億美元,同比增長 7.23%,2020年,全球軍用雷達市場規模約為 143.4 億美元。相控陣雷達市場規模發展主
87、要與國家軍費投入增長國家軍費投入增長、國防信息化建設進程國防信息化建設進程、相控陣相控陣雷達產品替代、軍貿對外擴張雷達產品替代、軍貿對外擴張等因素有關。圖圖51:我國軍用雷達市場規模穩步增長我國軍用雷達市場規模穩步增長 數據來源:霍萊沃招股說明書,東吳證券研究所 37/67 4.1.軍國防信息化建設發力,國家軍費預算增長軍國防信息化建設發力,國家軍費預算增長 十四五規劃和 2035 年遠景目標綱要明確提出,要“加快國防和軍隊現代化,實現富國和強軍相統一”,“確保 2027 年實現建軍百年奮斗目標”,具體要“提高國防和軍隊現代化質量效益”和“促進國防實力和經濟實力同步提升”。因此,在大國博弈的環
88、境下,加強國防建設的必要性長期存在。根據2022 年中央和地方預算草案報告,2022 年我國軍費預算 1.45 萬億元,同比增長 7.1%,2022 年同比增速較 2021 年上升 0.3pct。同時,商務部投資促進事務局報告,預計到 2025 年,國防信息化開支可能達 2513 億元,占國防裝備支出 40%。從長線觀察,持續且穩定的軍費投入,是國防建設發展的基石,也是軍工行業產業多維開花結果的源頭活水。圖圖52:中央國防預算(億元)中央國防預算(億元)圖圖53:我國軍費構成(億元)我國軍費構成(億元)數據來源:Wind,東吳證券研究所 數據來源:新時代的中國國防,東吳證券研究所 國防支出的重
89、心向加大武器裝備建設方向發展。根據國務院新聞辦公室 2019 年 7月發布的新時代的中國國防白皮書,2010 年來,我國國防裝備支出持續增長,2017年國防裝備費支出占比提升至 41.1%,2010 年至 2017 年間,裝備投入復合增速達到13.44%。4.2.相控陣技術優勢明顯,產品替代滲透率增加相控陣技術優勢明顯,產品替代滲透率增加 技術發展 40 載,有源相控陣雷達技術已經成為目前雷達技術發展的主流趨勢,在軍用、民用領域均保持快速滲透。根據產業信息網預測,2019 年我國軍用雷達市場規模達 304 億元,預計 2025 年市場規??蛇_ 565 億元。目前來看,有源相控陣雷達的市場規模仍
90、較小,近年來才實施規模性量產,替代市場空間大替代市場空間大。根據 ForecastInternational 數據分析,2010 年-2019 年全球有源相控陣雷達生產總數占雷達生產總數的 14.16%,總銷售額占比 25.68%。ForecastInternational 預測有源相控陣雷達(AESA)市場規模:到 2025年機載雷達將占據全球軍用雷達市場的 35.6%;陸基和?;ㄅ炤d)占 27.3%和 17.2%;聲吶和空基占 19.8%。38/67 表表10:2010-2019 全球雷達市場情況全球雷達市場情況 雷達體制雷達體制 生產數量(臺)生產數量(臺)市場份額市場份額 銷售額(億
91、美元)銷售額(億美元)市場份額市場份額 機掃陣列雷達 11788 76.22%89.99 17.63%無源相控陣雷達 1487 9.62%89.18 17.49%有源相控陣雷達 2190 14.16%130.94 25.68%基本型-199.88 39.20%總計 15465 100%509.99 100%數據來源:鋮昌科技招股書,東吳證券研究所 在軍用領域,按裝載平臺不同,軍用雷達分為路基雷達、機載雷達、艦載雷達及星載雷達。根據 StrategicDefenseIntelligence 發布的 全球軍用雷達市場 2015-2025 預測,2025 年機載雷達與陸基雷達將合計占據超過 50%的
92、市場份額的市場份額,機載雷達有望成為占據市場比重最大產品。軍用飛機需求數量提升、老舊機型更新換代,軍用機載雷達市場有望擴張軍用飛機需求數量提升、老舊機型更新換代,軍用機載雷達市場有望擴張。雷達作為電子類設備,其發展和更新換代的速度要快于戰機型號的發展,已服役戰機通過更換升級雷達設備以提升作戰性能為必然趨勢。根據英國航空航天雜志 FlightInternational 發布的WorldAirForce2021數據,從武器裝備方面來看,我軍當前武器裝備列裝與美俄等軍事強國相比仍存在規模和結構性差距。以空軍主戰裝備為例,至 2020 年末,我國裝備各型戰斗機/武裝直升機共1571/902架,而美軍列
93、裝戰斗機/武裝直升機數量分別達到2717/5436架。圖圖54:我軍空軍主戰裝備數量與美軍差距較大我軍空軍主戰裝備數量與美軍差距較大(2021 年)年)圖圖55:我國戰斗機型號有我國戰斗機型號有較較大迭代空間大迭代空間(2022 年)年)數據來源:WorldAirforce2021,東吳證券研究所 數據來源:WorldAirforce2022,東吳證券研究所 我國擁有在役軍機數量排名世界前列,但先進戰機數量偏少,我國擁有在役軍機數量排名世界前列,但先進戰機數量偏少,軍用飛機的代際結構軍用飛機的代際結構與美國存在較大差距,與美國存在較大差距,仍仍存在較大提升空間。存在較大提升空間。根據 Worl
94、dAirForces2021 數據,截至 2021 年我國戰斗機以殲 7、殲 8 為代表的二代機(采用機械掃描雷達)存量占比仍達 42%,五代機(采用有源相控陣雷達)占比不足 1%。而美國空軍二代機已經基本退役,目前已經形成以F15、F16 等四代機為主,F22、F35 等五代機為輔的格局,四代機和五代機的占比分別為 85%39/67 和 15%?!笆奈濉逼陂g將是我國軍機結構性升級換裝的新時期,四代機基本完成對二、三代機的替代,成為空軍戰斗機絕對主力,同時,五代機也有望迎來加速列裝。此外,精確制導有望成為我國雷達產業發展的一個重要新驅動。精確制導武器是采用高精度探測、控制及制導技術,能夠有效
95、地從復雜戰場環境中探測、識別及跟蹤目標,最終摧毀目標的武器裝備,是信息化條件下主要的火力打擊方式。在制導武器/智能彈藥領域中,相控陣雷達導引頭的出現不僅是制衡隱身技術的主要技術途徑,也是對傳統雷達導引頭的一次技術革命,重新定義了隱身時代的戰場“游戲規則”。4.3.上游半導體技術突破,下游軍貿拓展共同助力雷達產業持續擴張上游半導體技術突破,下游軍貿拓展共同助力雷達產業持續擴張 4.3.1.上游技術突破,國產替代雙驅動助力發展 雷達產業鏈上游主要涉及基礎電子元器件、原材料等的生產以及仿真測試等環節。從產業端來看,新型雷達產業發展以及新一代產品替代與新一代半導體產業高度綁定,新一代雷達的發展趨勢為集
96、成化和數字化,關于集成化,固態集成電路已經成為有源相控陣主流核心元件;同時作為雷達核心組成部分的 T/R 組件正呈現出向著更大功率和更高頻段發展的明確趨勢。新一代半導體材料將是未來相當長一段時期內決定有源相控陣雷達產業前景的基礎先決條件。在材料方面,T/R 組件從砷化鎵(GaAs)向氮化鎵(GaN)迭代的路線高度確定;在工作頻段方面,有望將雷達的工作期間頻率提升至太赫茲。半半導體元器件產業發展迎合國產替代、國產自控的國家政策,有望形成進一步市場規模的導體元器件產業發展迎合國產替代、國產自控的國家政策,有望形成進一步市場規模的擴張,從而帶動下游端雷達產業的規模擴張趨勢。擴張,從而帶動下游端雷達產
97、業的規模擴張趨勢。據 YoleDevelopment 數據,2018 年全球移動終端射頻前端市場規模為 150 億美元,預計 2025 年有望達到 258 億美元,7 年 CAGR 達到 8%。市場空間的擴大來自其單機價格的提升,從 2G 到 5G 移動設備價格逐步提升,市場空間也相應擴大。圖圖56:2018 年全球移動終端射頻前端市場年全球移動終端射頻前端市場組成組成 圖圖57:2025 年預計全球移動終端射頻前端市場年預計全球移動終端射頻前端市場組成組成 數據來源:YoleDevelopment,東吳證券研究所 數據來源:YoleDevelopment,東吳證券研究所 40/67 全球射頻
98、前端芯片市場主要被 Murata、Skyworks、Broadcom、Qorvo、Qualcomm等國外領先企業長期占據。根據 YoleDevelopment 數據,2018 年,前五大射頻器件提供商提供了射頻前端市場份額的八成,其中 Murata26%,Skyworks21%,Broadcom14%,Qorvo13%,Qualcomm7%。圖圖58:2018 年年全球射頻前端芯片市場份額全球射頻前端芯片市場份額 數據來源:YoleDevelopment,東吳證券研究所 國際領先企業起步較早,在技術、專利、工藝等方面具有較強的領先型,并擁有完善齊全的產品線,高端產品研發實力雄厚;相比之下,國內
99、生產廠商目前主要在射頻開國內生產廠商目前主要在射頻開關和低噪聲放大器實現技術突破,并逐步開展進口替代。關和低噪聲放大器實現技術突破,并逐步開展進口替代。射頻前端芯片行業因產品廣泛應用于無線通信終端,行業戰略地位將逐步提升,國內的射頻前端芯片設計廠商亦迎來發展機會,在全球市場的占有率有望大幅提升。4.3.2.全球局勢動蕩,軍貿擴張有望為軍用雷達帶來更為廣闊的市場空間全球局勢動蕩,軍貿擴張有望為軍用雷達帶來更為廣闊的市場空間 俄烏沖突是影響全球軍貿變化的一個關鍵節點,為其他國家帶來強軍警示。其中,北約各國做出軍工長期戰略調整,加強軍隊建設,并承諾大幅增加軍事預算來應對俄羅斯的威脅等。這場戰爭加速了
100、多國新一輪的軍費開支,部分國家軍費以軍貿形式流向其以軍貿形式流向其他軍事強國他軍事強國。圖圖59:2013-2022 年我國軍貿出口業務波動上升,穩中向好年我國軍貿出口業務波動上升,穩中向好 數據來源:SIPRI,東吳證券研究所 41/67 在軍貿銷售市場中,根據 2021SIPRI 數據,全球前五大武器出口國依次為美、俄、法、中、德,合計占全球 76.88%。我國只占了 4.6%的市場份額,仍有很大的增長空間。近年來,我國軍貿保持銷量高速增長。根據 SIPRI 數據,2013-2022 年間,中國軍貿出口累計 163.72 億 TIV。受新冠疫情影響,2020 年,中國軍貿出口僅 7.04
101、億 TIV,為近10 年最低出口量。2021 年以來,隨著疫情影響消退,我國軍貿出口恢復良好,2022 年出口量達 20.17 億 TIV,同比增速保持 38%的高增長率。圖圖60:2021 年年我國占全球軍貿市場份額較低,有較大發展空間我國占全球軍貿市場份額較低,有較大發展空間 數據來源:SIPRI,東吳證券研究所 結合我國軍貿出口大國的地位,國內軍用雷達有望在軍貿市場拓展空間。結合我國軍貿出口大國的地位,國內軍用雷達有望在軍貿市場拓展空間。2022 年年俄烏戰爭中俄羅斯軍隊表現疲軟,尤其是信息化裝備作戰中,與北約烏克蘭軍隊裝備差俄烏戰爭中俄羅斯軍隊表現疲軟,尤其是信息化裝備作戰中,與北約烏
102、克蘭軍隊裝備差異較大,恐致其軍貿業務份額縮減,中國作為第四大全球軍貿出口國,有望搶占更多信異較大,恐致其軍貿業務份額縮減,中國作為第四大全球軍貿出口國,有望搶占更多信息化裝備市場份額。息化裝備市場份額。2022 年,我國 J-10 戰斗機出口巴基斯坦、FK-3 防空導彈系統出口塞爾維亞等軍貿業務,廣受業界關注。我國軍貿產品中,防空武器裝備、精確制導導彈、導彈等武器裝備出口趨勢明顯增加,飛機、無人機技術接近國際先進水平,以實現批量出口,在國際市場嶄露頭角。近幾次的信息化戰爭(以色列周邊沖突、俄烏戰爭)凸顯了無人信息化裝備的價值,相信軍備進口國會加大無人作戰裝備的費用支出。隨著我國軍用雷達技術向著
103、世界先進水平不斷提升,雷達裝備代際更替進程持續向前,國內廠商種類豐富、性能先進的軍用雷達產品有望銷售到更多的國家進行貿易往來。表表11:我國主要出口軍貿產品我國主要出口軍貿產品 軍貿裝備產品種類 具體型號 飛機 殲-10 無人機 翼龍、彩虹系列無人機 導彈 東風-21C導彈等 防空武器裝備 紅旗-9、前衛-2、FK-3 等 數據來源:SIPRI,Google,東吳證券研究所 軍貿市場具有更大的市場空間,更高的軍品利潤,更短的產品研制周期,軍貿將會軍貿市場具有更大的市場空間,更高的軍品利潤,更短的產品研制周期,軍貿將會大大發展軍工企業的成長格局和規模。我們認為,隨著軍用雷達在全球軍貿市場中份額大
104、大發展軍工企業的成長格局和規模。我們認為,隨著軍用雷達在全球軍貿市場中份額增加、空間拓展,將有很多的雷達民用企業迅速發展,研發核心迭代技術,從而進一步增加、空間拓展,將有很多的雷達民用企業迅速發展,研發核心迭代技術,從而進一步擴大軍貿業務,形成正向循環。擴大軍貿業務,形成正向循環。4.3.3.數字陣列雷達創造更多場景應用需求,集成化技術拓展業務領域數字陣列雷達創造更多場景應用需求,集成化技術拓展業務領域 數字陣列雷達作為新一代雷達技術發展代表,不論是在電子戰中進行電子偵察、電子對抗或是搭載在無人機、戰斗機、驅逐艦等火力裝備上,都將作為更優解的戰爭之眼。高速高精度 ADC/DAC 是相控陣雷達的
105、核心器件,數字相控陣芯片需求量遠高于傳統體制。在數字相控陣雷達中,其核心的數字化需要大量的高性能 ADC/DAC 工作于單元級或模塊級射頻組件,對于數字陣列雷達的核心部件直接數字式頻率生成器(DDS)、AD/DA 轉換器需求量有所要求。在國防、航天等領域,數據轉換器直接決定了雷達系統的精度和距離。十四五軍隊信息化裝備迭代,預期數字陣列雷達將廣泛裝載,高精度DDS 和 ADC/DAC 芯片未來有望放量生產。圖圖61:超高速超高速 ADC/DAC 轉換器將廣泛應用轉換器將廣泛應用 圖圖62:美軍“黑蜂”微型無人機有望成為巷戰利器美軍“黑蜂”微型無人機有望成為巷戰利器 數據來源:臻鐳科技招股書,東吳證券研究所 數據來源:臻鐳科技招股書,東吳證券研究所 SIP 和三維異構技術進一步優化 T/R 組件集成度,大幅降低雷達體積和成本。三維異構集成技術為相控陣系統的應用需求提供了芯片化、低成本集成的技術路徑,有望結合搭載輔助小型無人機以及蜂群作戰,拓展雷達業務領域。近年來,三維異構集成相控陣微系統在微波毫米波核心器件、三維集成架構設計、低成本等方面不斷取得技術突破,使該技術有望在未來幾年內在 5G 移動通信、通信雷達等領域實現廣泛工程化應用。