有源相控陣雷達行業(yè)深度報告：TR組件成本降低替代空間廣

有源相控陣雷達行業(yè)深度報告：TR組件成本降低，替代空間廣1有源相控陣雷達應用廣泛，T/R組件為核心元器件1.1有源相控陣雷達：組成復雜，性能優(yōu)越相控陣雷達，即電子掃描陣列雷達（AESA），是指一類通過改變天線表面陣列所發(fā)出波束的合成方式，來改變波束掃描方向的雷達。有源相控陣雷達每個輻射器都配裝有一個發(fā)射/接收組件，每一個組件都能自己產(chǎn)生、接收電磁波；由于其相控陣面包含有大量的有源部件，所以稱為有源相控陣雷達。相控陣雷達采用電的方式控制雷達波束的指向變化來進行掃描，即電掃描。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(xiàn)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，雖然看不到天線的轉(zhuǎn)動，但各個輻射器通過電子計算機控制集中向一個方向發(fā)射、偏轉(zhuǎn)，觀察距離甚至可達上萬公里；

針對近距離目標，輻射器又可以分工負責，產(chǎn)生多個波束，有的搜索，有的跟蹤，有的導引。有源相控陣雷達市場占比小，替代空間大。根據(jù)ForecastInternational分析，2010~2019年，全球有源相控陣雷達生產(chǎn)數(shù)量占雷達總數(shù)的14.16%，銷售額占總雷達行業(yè)總金額比例為25.68%。整體來看，有源相控陣雷達的市場占比依然較小，替代空間巨大。1.2相控陣天線：有源相控陣雷達最重要組成部分有源相控陣天線是有源相控陣雷達最重要的組成部分。有源相控陣雷達承擔了傳統(tǒng)脈沖多普勒雷達的天線、發(fā)射機和接收前端的功能。除了傳統(tǒng)雷達天線具有的波束形成和波束掃描功能外，有源相控陣天線的功能還包含發(fā)射信號功率放大和接收信號低噪聲放大。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，有源相控陣雷達的成本很大程度上取決于有源相控陣天線的成本。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(wǎng)絡模塊、供電網(wǎng)絡、液冷管網(wǎng)以及作為結(jié)構(gòu)支撐的陣面骨架等組成。其結(jié)構(gòu)既具有電子設備結(jié)構(gòu)的特征，又具有獨特個性，涉及學科包括機械、電子、材料、微電子、工業(yè)設計等，是典型的機、電、熱等多學科交叉的技術(shù)成果。有源相控陣天線陣面在總體設計時采用“自頂向下”的系統(tǒng)方法進行設計，根據(jù)功能需求，對陣面采用迭代優(yōu)化的方法進行模塊劃分。大陣可以被合理的分為多個子陣面，每個子陣面包含多個有源子陣，從而使得有源相控陣天線陣面具有可重復，可擴展的功能。1.3T/R組件：指標繁多，對有源相控陣雷達發(fā)展影響巨大指標繁多，原理復雜有源相控陣雷達T/R組件（即收發(fā)組件）是有源相控陣雷達的核心部件，位于相控陣雷達有源子陣射頻前端，主要包含收發(fā)兩個通道，完成發(fā)射信號到陣元的末級功率放大和接收的前級放大，實現(xiàn)陣面的幅相修正和波束掃描等功能。T/R組件的功能包括產(chǎn)生和放大發(fā)射頻信號、放大接收信號、實現(xiàn)天線波束控制等；技術(shù)指標包括工作頻率（包括發(fā)射激勵及接收本振、接收中頻）、工作體制、工作比、相移位數(shù)、相移精度、發(fā)射間隔度、輸出射頻功率、輸出功率帶內(nèi)起伏、上升沿、下降沿、接收增益、總效率等。T/R組件各項技術(shù)指標具體值的設定，由任務書的總體要求分解獲得。T/R組件隨系統(tǒng)性能要求各有不同，電路的具體設計也有很大差異，但一般由移相器、射頻T/R開關、功率放大器、限幅器、低噪聲放大器、環(huán)形器以及控制電路組成，可實現(xiàn)收、發(fā)狀態(tài)之間的快速切換。根據(jù)《S波段有源相控陣雷達TR組件研究》介紹，發(fā)射支路方面，主要由收發(fā)轉(zhuǎn)換開關（激勵口）、數(shù)控多態(tài)移相器、數(shù)控多態(tài)衰減器、固態(tài)微波功率放大器和功率環(huán)行器（或功率開關）等組成。在配置T/R組件發(fā)射通道時，通訊控制電路會接收雷達上位機的波控信號；發(fā)射激勵信號到來之前，先將收發(fā)轉(zhuǎn)換開關轉(zhuǎn)換至發(fā)射支路。之后發(fā)射射頻激勵信號需經(jīng)過收發(fā)轉(zhuǎn)換開關、數(shù)控功率移相器、數(shù)控功率衰減器和固態(tài)微波功率放大器等器件進行輸出幅度和插入相位控制，最后經(jīng)環(huán)行器（或開關）饋至天線輻射單元。接收支路，主要由功率環(huán)行器（或功率開關）、功率限幅器、低噪聲微波放大器

（LNA）、鏡像抑制混頻器、中頻信號濾波放大電路、收發(fā)轉(zhuǎn)換開關等組成。當雷達上位機發(fā)出波控指令后，控制電路首先將收發(fā)轉(zhuǎn)換開關快速切至接收支路，天線回波的微弱接收信號經(jīng)環(huán)行器（或開關）進入接收支路，之后經(jīng)過限幅器、LNA、鏡像抑制混頻器、中頻放大器、收發(fā)轉(zhuǎn)換開關，完成對接收信號的放大。此外，T/R組件還包括其他必要的電路。這些電路與T/R組件集成設計，縮短和減少T/R組件的電源及控制走線，同時提高信號的質(zhì)量和穩(wěn)定性。其中，通訊電路采用高速同步串口方式，按照約定協(xié)議，接收上位機的指令，并回送組件的狀態(tài)和故障信息?？刂齐娐钒凑战邮盏降闹噶?，配置相應的移相和衰減態(tài)。監(jiān)視和保護電路是對組件的工作狀態(tài)進行監(jiān)測，使其穩(wěn)定、安全可靠的工作在設定狀態(tài)，如果超出組件正常工作條件，自保電路切斷供電，對組件進行自我保護，并將故障上報給上位機。電源調(diào)制電路是為了提高收發(fā)隔離度以及發(fā)射效率，對收、發(fā)支路的供電進行快速脈沖調(diào)制，使其在收發(fā)轉(zhuǎn)換脈沖高電平期間對發(fā)射支路進行供電，而在低電平期間關斷；

接收支路反之。發(fā)展歷程長，迭代進化T/R組件由早期的分立T/R組合向多通道、高集成有源子陣發(fā)展。早期的T/R組件設計是自下而上，即根據(jù)已有底層元器件的性能，規(guī)劃組件設計的水平，從而完成模塊研制；陣面則根據(jù)組件的特點平衡系統(tǒng)性能。新型T/R組件的設計是從雷達實際需求出發(fā)，自上而下的進行指標分解設計。因此，新型T/R組件與傳統(tǒng)的T/R組件設計有著本質(zhì)的區(qū)別。T/R組件發(fā)展趨勢包括：1)向具有多收發(fā)通道綜合一體化有源子陣的方向發(fā)展；

2)有源子陣在整體構(gòu)架上變薄，制造以及測試方面價格降低；3)在電性能方面，支持從微波到毫米波的寬頻帶或多頻段，發(fā)射的功率密度提升；接收時，在最小功耗的同時噪聲系數(shù)非常低；4)系統(tǒng)框架方面，能夠?qū)㈥嚸嬉?guī)模從極小到極大的組合能力，且在性能及成本方面無損失。有源相控陣雷達核心部件，對其發(fā)展影響巨大T/R組件性能由雷達或天線總體任務書的具體要求確定。根據(jù)任務書，確定T/R組件方案，分析和設計關鍵技術(shù)，并通過實驗或仿真計算，評估關鍵技術(shù)和難度，最終確定T/R組件的電氣性能、可靠性要求、體積與重量、成本等參數(shù)。T/R組件對有源相控陣雷達發(fā)展影響巨大。T/R組件的各方面指標都對相控陣雷達技術(shù)的發(fā)展具有影響，其性能指標直接決定了相控陣雷達技術(shù)水平，其重量、體積直接影響到雷達的小型化發(fā)展，而可靠性和成本決定了相控陣雷達的應用前景。T/R組件是有源相控陣雷達的核心部件。根據(jù)《雷達系統(tǒng)導論（第三版）》介紹，機載相控陣雷達中，T/R組件（以及輻射單元）數(shù)目可能有1000至2000個，艦載對空防御T/R組件數(shù)目可能有4000至8000個。根據(jù)《有源相控陣雷達T/R組件研制》介紹，S或C波段地基相控陣戰(zhàn)術(shù)雷達通常由幾個陣面組成，每個也要1萬量級的T/R組件，一部L波段的星載有源相控陣要用2~10萬個組件，戰(zhàn)術(shù)飛機預警機上組件也上萬個。以美國為例，其戰(zhàn)場高空區(qū)域防御系統(tǒng)（THHAD）的X波段地基相控陣雷達使用了25344個T/R組件，以及其火炮定位系統(tǒng)（CDBRA）的C波段地基相控陣雷達，使用了2700個T/R組件，可以說有源陣就是用T/R組件堆砌起來的。根據(jù)《機載有源相控陣火控雷達技術(shù)》介紹，T/R組件陣列可占整個雷達造價的60%左右。1.4有源相控陣雷達技術(shù)優(yōu)勢明顯相較于傳統(tǒng)的機械掃描雷達以及無源相控陣雷達，有源相控陣雷達有許多優(yōu)點。分辨率方面，有源相控陣雷達的分辨率較無源相控陣雷達提升較多，從而大大提高雷達的抗干擾能力；可靠性方面，由于有大量的T/R組件，當T/R組件發(fā)生故障的數(shù)量在10%以內(nèi),雷達作用距離不會明顯減小，有源相控陣可靠性相較于無源相控陣提高了近一個數(shù)量級。有源相控陣雷達的主要缺點為采購價格高昂。有源相控陣雷達發(fā)射功率提升空間大。脈沖多普勒雷達采用集中式大功率行波管發(fā)射機，其最大輸出功率受限于行波管的輸出功率；而行波管發(fā)射機采用高壓、大功率真空管技術(shù)限制，一般平均功率都小于1000W。有源相控陣天線采用大量分布式小功率固態(tài)功放，即T/R組件的高功率放大器（HPA）；雖然采用GaAs作為功率放大器件的T/R組件單個峰值輸出功率僅10W，但假設機載有源相控陣雷達天線T/R數(shù)量為2000個，則其峰值發(fā)射功率可達20KW以上，平均發(fā)射功率也可達6KW以上（占空比為30%）。未來隨著GaN等技術(shù)的應用，單個T/R組件發(fā)射功率可進一步提升。有源相控陣雷達射頻損耗更低。傳統(tǒng)脈沖多普勒雷達大功率發(fā)射機的信號，由于傳輸路徑長，經(jīng)過環(huán)節(jié)多，會造成損耗。有源相控陣雷達，在發(fā)射時，采用了分布式功率放大，去除了旋轉(zhuǎn)關節(jié)，傳輸損耗明顯降低；接收時，低噪放經(jīng)過環(huán)形器就近連接輻射器，故射頻損耗降低。雷達作用距離大幅提高。雷達的作用距離直接取決于雷達功率口徑積、系統(tǒng)損耗、檢測門限和信號積累時間等參數(shù)，而相控陣雷達在這些參數(shù)方面都有較為明顯的改善，可以使得雷達作用距離大幅提高。1.5波段不同，雷達功能不同各種目標探測系統(tǒng)中，波段始終是系統(tǒng)設計中一個很重要的指標參數(shù)。當目標處于不同的觀測環(huán)境和不同的觀測狀態(tài)下時，輻射特性會相應發(fā)生變化。對目標進行觀測時大氣環(huán)境因素對目標輻射特性的衰減程度也會因波段選擇的不同而發(fā)生變化。波段選擇的恰當與否直接關系到系統(tǒng)能否探測到目標，以及能否區(qū)分出目標和非目標。波段選擇不同，有源相控陣雷達功能不同。以防空領域為例，根據(jù)《雷達系統(tǒng)導論（第三版）》介紹，對于遠程對空警戒雷達來說，較低的微波頻率比較高的頻率更適宜，優(yōu)選頻率通常是L波段。相反，對于武器控制來說，較高的微波頻率更合適，通常選擇X波段。波段不同，大氣衰減程度不同。大氣衰減是指電磁波在大氣中傳播時發(fā)生的能量衰減現(xiàn)象。L波段以下的頻段，大氣衰減較低，適合于遠程探測雷達選用：L波段以上隨著頻率的增加，大氣衰減逐漸增加，但在X波段以前，大氣衰減增加程度較為緩慢；X波段以后的更高頻段，大氣衰減急劇增加，只有在Ka和W波段出現(xiàn)波谷（或稱“大氣衰減窗口”）。天線口徑受到的限制越大，選用的波段往往頻率越高。天線口徑受到較大限制，較低的頻率無法獲得所需的較窄波束寬度和較高的天線增益，不能提供滿足要求的角度測量精度，故往往選用更高頻率的波段。早期的地面雷達大量選用L波段以下的較低頻率的波段；但機載雷達天線口徑受到較大限制，這種頻率在機載雷達上往往較少使用，更多使用較高頻率的X波段；而直升機毫米波火控雷達及導彈導引頭雷達，也經(jīng)常選用更高頻率的Ka波段及W波段。波段選擇對于目標RCS值有較大影響。雷達接收的反射波是雷達照射目標后的后向散射，相應的目標雷達散射截面稱為后向RCS，簡稱RCS；RCS是表征目標對照射電磁波散射能力的一個物理量。不同對象（如飛機、導彈、坦克、裝甲車、軍艦等）對不同波段的RCS值不同。有源相控陣雷達在選擇工作頻段時，往往需要綜合考慮孔徑尺寸、探測距離、測角精度等性能要求，以及雨霧天氣大氣衰減等環(huán)境因素的影響，探測目標對不同頻率RCS值，以及T/R組件的功率、效率以及成本。波段對有源相控陣雷達成本影響較大，一般的，雷達工作波段頻率越高，成本也越高。通常，對具有一個接收機和一個高功率發(fā)射機的無源相控陣雷達，不同頻率的相控陣天線成本差別較小，但發(fā)射機功率及成本差別卻非常大。對采用T/R組件的有源相控陣雷達而言，每個T/R組件包括自己的固態(tài)發(fā)射機、接收機、移相器、雙工器，頻率對于其成本影響更大。T/R組件成本隨頻率增高而加大，而功率和效率往往越差。1.6技術(shù)迭代進步，T/R組件價格下降T/R組件占成本比重高對于成本組成而言，不同規(guī)模、不同頻率、不同功率的有源相控陣天線的成本組成不同，但統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出其成本組成的基本情況。在實際工程中，有源相控陣天線的成本中，T/R組件的成本占比較高。新材料應用，降低T/R組件成本第三代半導體材料GaN（氮化鎵）開始廣泛應用，產(chǎn)品成本降低。砷化鎵(GaAs)單片微波集成電路制成的T/R組件已普遍應用于陣列天線中，技術(shù)相當成熟。隨著寬禁帶半導體技術(shù)的進展，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。一般東，同體積下，GaN集成電路的峰值功率相當于GaAs的5～10倍，平均故障間隔時間較長，同時成本降低34%以上，效率高。能夠產(chǎn)生更強的輻射功率，從而提高探測距離，減小體積重量，增強裝備的機動性和戰(zhàn)場生存能力；縮短維修間隔時間，從而提高雷達的可用時間。改善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式，減少連接器等產(chǎn)品成本采用“瓦片”型T/R組件，減少相關產(chǎn)品成本。21世紀初，T/R組件從“磚塊”

發(fā)展到“瓦片”型，瓦式技術(shù)可以大幅減少印制電路板和連接器的數(shù)量，并能通過大規(guī)模微波制造技術(shù)和封裝工藝使有源相控陣天線成本降低，體積、重量、成本都下降為“磚塊”的1/5。減少芯片數(shù)量、提高多通道集成度，降低芯片成本。在瓦式構(gòu)架設計的基礎上，有源相控陣天線可以通過減少芯片的使用數(shù)量、提高芯片的多功能和多通道集成度來降低成本。通過在一塊芯片里集成功率放大器、低噪聲放大器、射頻開關、移相器、數(shù)字控制電路等，達到減少芯片數(shù)目、互連工序與連線、芯片電路面積等目的。一個單片微波集成電路T/R組件往往包含多個MMIC芯片，通過MCM技術(shù)與分立器件集成到基板上，最終封裝形成T/R組件。多功能芯片將多個單功能MMIC實現(xiàn)的功能集成到一個芯片中，有助于T/R組件減小體積，降低成本。根據(jù)《雷達技術(shù)發(fā)展綜述及多功能相控陣雷達未來趨勢》介紹，2007年，T/R組件發(fā)展到4側(cè)無引腳扁平封裝，體積下降為“瓦片”型的1/5、重量下降為原“瓦片”型的1/20、成本下降為“瓦片”型的1/5；2008年，從二維面板發(fā)展到三維面板/集成電路，體積下降為扁平封裝的1/3、重量下降為扁平封裝的1/2、成本下降為扁平封裝的1/2。數(shù)字陣列相控陣天線技術(shù)的應用，有望降低相控陣雷達成本。通過將數(shù)字技術(shù)與相控陣天線技術(shù)結(jié)合，在發(fā)射與接收模式下以數(shù)字波束形成(DBF)技術(shù)取代之前的移相器、衰減器、波束形成網(wǎng)絡等，產(chǎn)生數(shù)字陣列相控陣天線。對于數(shù)千陣元的大規(guī)模有源相控陣天線，如果波束掃描完全依賴于后端的數(shù)字處理機和軟件來實現(xiàn)，可以降低上百萬的成本。MEMS工業(yè)化技術(shù)，也可降低成本，提高產(chǎn)品性能基于MEMS集成的工業(yè)化技術(shù)也可降低制造成本。MEMST/R組件在低功耗方面表現(xiàn)突出，能減輕相控陣掃描陣列的散熱問題，延長其壽命。相比于傳統(tǒng)T/R組件，MEMST/R組件的插入損耗低，故僅需要一般相控陣中25%～50%的T/R組件數(shù)量即可滿足天線系統(tǒng)功能需要。移相器方面，利用MEMS技術(shù)研制的輕型、微型T/R組件移相器開關，具有尺寸小、隔離度好、插入損耗低、工作頻帶寬、加工成本低以及易于與IC集成等優(yōu)勢，很好地彌補了傳統(tǒng)移相器的不足；射頻開關方面，RF-MEMS開關具有低插損、高隔離度、微波頻段上的低回波損耗等優(yōu)越性。采用商用貨架產(chǎn)品(COTS)，亦有望大幅降低成本利用規(guī)?；a(chǎn)商用器件可顯著降低產(chǎn)品開發(fā)周期，滿足技術(shù)更新和成本要求。2010年，林肯實驗室公布了一種S波段低成本陣列，該陣列在5層印制電路板上集成了5個T/R組件，可同時產(chǎn)生24個波束，每平方米面積上集成400個單元、價格5萬美元。柯林斯公司2015年公布的X波段機載陣列包含512個單元，每單元功率2W，能夠?qū)⒊杀窘档椭猎瓉淼?/50。2下游應用范圍廣，市場空間大2.1星載：起源早，口徑限制小，工作頻率逐漸變高最早將有源相控陣天線應用于星載的是于1978年6月美國發(fā)射的海洋衛(wèi)星SEASAT-1，自此，各國開始了對星載有源相控陣天線的研究。上個世紀90年代后期，星載有源相控陣發(fā)展迅猛，美、俄、德、英、法等12個國家組成的歐空局相繼發(fā)射了自己的有源相控陣衛(wèi)星。1994年美國伴隨航天飛機升空的SIR-C/X-SAR雷達同時擁有C波段和L波段微帶天線，以及X波段縫隙波導天線；其中C波段擁有504個T/R組件、L波段有252個T/R組件。2002年歐空局發(fā)射的地球環(huán)境檢測衛(wèi)星阿里亞納5號上搭載的有源相控陣天線，共2840個天線單元及320個T/R組件組成。2007年加拿大發(fā)射的RADARSAT-2衛(wèi)星，天線工作于C波段，共有10240個天線單元，512個T/R組件。要實現(xiàn)遠距離和大范圍的區(qū)域掃描和覆蓋，星載可展開有源相控陣天線需要具備很大的功率口徑積；因此在星載平臺功率受限的情況下，天線要求具有大的物理口徑。根據(jù)軌道部署和性能指標的不同，天線口徑可達幾十至幾百平方米。例如，美國海洋衛(wèi)星SEASAT-1上SAR天線口徑為10.74m×2.16m、加拿大工作在C波段的RADARSAT-2衛(wèi)星天線口徑為15m×1.37m；日本工作于L波段的ALOS-2衛(wèi)星天線口徑為9.9m×2.9m；美國NorthropGrumman公司開發(fā)工作在L波段相控陣透鏡天線口徑為60m×25m。星載相控陣天線包括非展開陣面和可展開陣面兩種，設計時主要需考慮衛(wèi)星平臺形式以及最大包絡尺寸要求。星載天線通常會受到長期太陽照射和太空低溫熱沉作用，溫度波動變化范圍大，熱脹冷縮效應明顯。此外，星載有源相控陣天線在進出地球陰影區(qū)時，天線陣面上會有很大的溫度梯度，導致結(jié)構(gòu)變形。這些因素都會影響天線輻射性能。星載雷達工作頻段提升。早期星載相控陣雷達頻率較低，1991年歐洲空間局發(fā)射了歐洲的地球資源衛(wèi)星ERS-1工作于C波段；1994年4月升空的SIR-C/X-SAR工作波段為C波段、L波段、X波段；1997年至1998年，美國銥星公司發(fā)射的66顆用于手機全球通訊的人造衛(wèi)星工作波段為L波段；2007年6月升空的4顆意大利的宇宙-地中海衛(wèi)星(COSMO-SKYMED)工作在X波段最高分辨率為0.7m，整個系統(tǒng)的投資額約為10億歐元。而近年來發(fā)射的衛(wèi)星工作頻段普遍較高，美國于2010年8月發(fā)射了先進極高頻(AEHF-1)衛(wèi)星工作在Ka波段，國外的低軌通信衛(wèi)星，方案工作頻率普遍集中在在Ka、Ku和V頻段。星載相控陣雷達中，T/R組件作為核心部分，一般要求體積小，重量輕的片式結(jié)構(gòu)，而且需要高的效率，以減少發(fā)熱量，因為薄膜天線散熱困難。T/R組件從最初的分立元器件組合不斷發(fā)展，經(jīng)過混合微波集成電路到單片微波集成電路，現(xiàn)在已可以將多個器件集成在一個單片上，使得T/R組件體積小、重量輕、易于安裝。我國對星載有源相控陣天線的研究起步較晚，但進展較快，“北斗”系列衛(wèi)星上已有S頻段相控陣天線服役。近年來，我國已進行了星載Ka頻段有源相控陣天線子陣以及部分樣機的研制，并進行了電性能測試及熱試驗。考慮到未來軍用星載市場規(guī)模不斷擴張；我們估計未來五年我國星載有源相控陣雷達市場約120億左右，T/R組件市場約60億左右。2.2機載：逐漸推廣使用，發(fā)展迅速美國自1964年開始研究機載有源相控陣雷達，并在20世紀90年代初，在美國第四代戰(zhàn)斗機F-22上將AN/APG-77有源相控陣雷達成功進行了應用，使得有源相控陣技術(shù)引入了機載火控雷達領域。AN/APG-77天線陣面上有1956個T/R組件，每個質(zhì)量約15g，輸出功率4W，能夠快速改變雷達波束方向，達到幾十納秒級別，120°方位和俯仰的掃描，搜索距離160km。2005年，裝備于F-35戰(zhàn)斗機上的AN/APG-81進行了試飛，天線陣面僅包含1200個T/R組件，質(zhì)量大幅降低；其功能包括高分辨率地圖繪制、地面多目標跟蹤等。技術(shù)優(yōu)勢明顯，替換邏輯強。經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展，雖然脈沖多普勒雷達等傳統(tǒng)雷達的性能得到了極大提升，但由于受到天線機械掃描速度和集中式大功率發(fā)射機的發(fā)射功率和可靠性等因素的限制，傳統(tǒng)機載火控雷達的性能提升遭遇了眾多瓶頸。而有源相控陣機載雷達在作用距離、波束賦形及功能滿足、高精度多目標跟蹤、電子戰(zhàn)及通信能力、抗干擾和低截獲能力、隱身需求等方面，都有著極其明顯的性能優(yōu)勢；相控陣由成百上千個T/R組件組成，少數(shù)單元失效對系統(tǒng)影響不大，可靠性大幅提升。機載有源相控陣雷達相關型號產(chǎn)品可被多種機型所采用。根據(jù)《機載有源相控陣火控雷達技術(shù)》介紹，2008年，雷神公司向波音公司交付了第100個APG-79有源相控陣雷達，用于裝備F/A-18戰(zhàn)斗機和EA-18G戰(zhàn)斗機。雷神將向美海軍交付473部APG-79有源相控陣雷達，確定裝配的型號包括：F-15C、F-15E、F/A-18E/F和EA-18G；

國際用戶包括新加坡及澳大利亞，潛在客戶包括印度。機載相控陣雷達由于天線口徑限制，很少選用L波段以下的頻率。L波段以上，X波段以前，大氣衰減隨頻率增加緩慢；X波段以后，大氣衰減隨頻率急劇增加。因此，X波段非常適合機載相控陣雷達，F(xiàn)/A-22、JSF等戰(zhàn)機的有源陣列及B-1B轟炸機的相控陣雷達均工作于X波段。最早廣泛應用于F-22、F-35等飛機的第一批機載有源相控陣雷達，其T/R組件為“磚塊式”。為降低天線厚度、減輕有源相控陣天線重量以適應發(fā)展共形相控陣天線的需要，后續(xù)又發(fā)展出超薄“瓦片式”多通道T/R組件，最先進的T/R組件厚度僅11mm，遠小于常規(guī)的“磚塊式”T/R組件的60~100mm。“瓦片式”T/R組件采用了多層結(jié)構(gòu)的電路立體布局形式，將“磚塊式”T/R組件的平面電路分解成為多個“樓層”電路，每個樓層電路實現(xiàn)不同功能，然后利用射頻垂直互聯(lián)技術(shù)將多個“樓層”電路連接為一個整體。根據(jù)《Worldairforce2021》分析，2020年底，我國軍機3260架，其中戰(zhàn)斗機1571架、運輸機264架、戰(zhàn)斗直升機902架、教練機405架、其余軍機118架?？紤]到先進戰(zhàn)機的列裝，以及已有型號的升級改造需求迫切，有助于機載相控陣雷達產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；我們估計未來五年我國機載相控陣雷達市場約130億左右，T/R組件市場約65億左右。2.3彈載：天線口徑小，工作頻率較高，高成本制約發(fā)展彈載有源相控陣天線陣面安裝于導彈前端腔體內(nèi)，通常為圓柱狀。彈載有源相控陣天線的陣面在體積、重量、可靠性、散熱、維護、儲存以及環(huán)境適應性等各方面要求苛刻。相控陣雷達導引頭具有合成功率大、掃描空域廣、掃描頻率高、作用距離遠、波束寬度可調(diào)、抗干擾能力強、多目標選擇跟蹤等優(yōu)點；但發(fā)射功率、輸出能力、功率損耗和低噪聲系數(shù)T/R組件的小體積集成等問題依然制約相控陣雷達導引頭工程化。隱身戰(zhàn)斗機出現(xiàn)，促進彈載相控陣雷達由機械掃描向相控陣雷達轉(zhuǎn)變。根據(jù)《相控陣制導技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及展望》報告，以第三代戰(zhàn)斗機為典型攻擊目標，末制導的作用距離一般為15~20km，而F-22A為代表的第四代隱身戰(zhàn)斗機的出現(xiàn)，導致現(xiàn)役防空導彈末制導作用距離下降到3~4km，難以有效完成攻擊。以空空導彈為例，早期的美國AIM-120空空導彈和俄羅斯P-77空空導彈等現(xiàn)役裝備均采用了機械掃描主動雷達制導系統(tǒng)。相控陣制導技術(shù)利用空間功率合成可實現(xiàn)大功率孔徑積，在較小體積約束下實現(xiàn)高平均功率，規(guī)避了傳統(tǒng)雷達制導系統(tǒng)集中式大功率發(fā)射機的功率合成與大功率傳輸?shù)燃夹g(shù)瓶頸，可使平均發(fā)射功率提高一個數(shù)量級以上，為遠距離探測隱身目標提供了基礎。考慮到導彈體積及載荷能力的限制，占用空間更小的相控陣雷達導引頭成為了新一代對空攔截導彈導引頭的發(fā)展趨勢。彈載相控陣雷達天線口徑小，工作頻率較高。21世紀初，通過LCCMD項目，雷神公司提出了ka波段相控陣雷達導引頭方案，并于2004年完成了口徑152mm的導引頭樣機。2003年，英國奎耐特公司成功地進行了世界上首次相控陣雷達導引頭天線的閉環(huán)試驗,其研制的Ｘ波段相控陣導引頭原理樣機在口徑80mm下布置了19個天線單元。彈徑178mm的Meteor是歐洲導彈集團MBDA研制的一種新型超視距主動雷達空空導彈，末制導段采用Ku波段的主動雷達導引頭。彈載多模導引頭成發(fā)展趨勢。相控陣雷達多模復合導引技術(shù)可彌補雷達單一制導技術(shù)的缺陷，發(fā)揮多種傳感器的優(yōu)點，多模式制導比單一模式制導更能適應現(xiàn)代戰(zhàn)場復雜環(huán)境的作戰(zhàn)需求。2010年，美國在下一代空空導彈（NGM）技術(shù)基線中明確表明將采用基于相控陣的多模導引頭，開展了雙波段相控陣主動雷達導引頭和紅外成像／

共形相控陣雷達雙模導引頭等多種方案設計和樣機研制，并分別于2012年底和2013年進行了空中掛飛試驗和空中發(fā)射試驗。聯(lián)合雙任務制空導彈（JDRADM）主動相控陣雷達導引頭采用C波段和Ka波段雙波段體制，遠距時使用C波段制導，近距時使用Ka波段制導。其中C波段導引頭可極大的提高導彈的遠距離截獲和跟蹤性能，Ka波段掃描精度高，可提供高分辨率圖像完成導彈末端的精確打擊。高成本是制約彈載相控陣導引頭工程應用的最大瓶頸。在相控陣天線生產(chǎn)成本中，T/R芯片成本所占比重最大；在實際工程應用重，不僅要考慮發(fā)射功率、噪聲系數(shù)、幅相控制方式、氣密封裝和體積尺寸等性能指標要求，還要考慮加工集成等工藝和測試等低成本制造實現(xiàn)技術(shù)。導彈是現(xiàn)代戰(zhàn)爭最重要武器之一，也是國防現(xiàn)代化的標志。在建設現(xiàn)代化國防及加強軍隊武器裝備的過程中，發(fā)展導彈武器技術(shù)是一國的必經(jīng)之路。考慮到全球范圍內(nèi)隱身戰(zhàn)機數(shù)量增多導致的防御裝備升級需求，以及T/R組件降價導致的產(chǎn)品經(jīng)濟性強，彈載相控陣雷達產(chǎn)品有望持續(xù)推廣；我們估計未來五年我國彈載相控陣雷達市場約150億左右，T/R組件市場約75億左右。2.4車載：體積大、搜索能力強，工作頻段逐漸變高天線車能夠?qū)崿F(xiàn)快速部署與轉(zhuǎn)移，陣地適應性強。地面機動雷達天線陣面一般安裝在專用車輛上，天線陣面與車輛為一體化設計，即為天線車；天線陣面也稱為車載相控陣天線，通過旋轉(zhuǎn)、折疊、倒豎、快速拼接等動作實現(xiàn)快速架設與撤收。為實現(xiàn)遠程預警、精確跟蹤與遠程截獲，車載有源相控陣天線通常具備的共同特點為陣元數(shù)多、陣面口徑大等。雷達的機動性能取決于天線陣面的快速架設與撤收能力。車載相控陣雷達體積大、搜索能力強。以美國THAAD相控陣雷達為例，THAAD相控陣雷達是一部X波段相控陣雷達，作用距離為1000km，天線孔徑面積為9.2m2，天線單元數(shù)為25344個（T/R組件），為車載機動式雷達，由美國雷神公司研制，具備搜索、威脅探測與分類、在極遠范圍內(nèi)精確跟蹤的能力。THAAD武器系統(tǒng)的各部分協(xié)同工作，可探測、識別及摧毀中短程彈道導彈。陸基有源相控陣天線在全壽命周期服役過程中，面臨的環(huán)境載荷包括風、太陽照射、冰雪等。溫度場改變主要是由太陽照射和天線陣面上大量電子器件熱功耗產(chǎn)生，工作要求溫度一般為低溫不低于-40℃和高溫不高于50℃。以單車單天線超薄陣面為例，若采用等距陣面結(jié)構(gòu)，陣面單元和T/R組件一一對應，它們可以采用雙陰接頭等形式穿過冷板或箱體壁連接，不使用電纜，整個陣面外形為平板式箱體結(jié)構(gòu)，天線單元和T/R組件采用一對一盲插形式；若采用整體集中正面結(jié)構(gòu)，則T/R組件等內(nèi)部設備少，集中放置在陣面中部區(qū)域位置。車載相控陣雷達外形尺寸普遍較大，工作波段較低，近年來有提升趨勢。早期雷達多工作于L波段：俄羅斯Gamma-DE相控陣雷達天線單個雷達罩面外形尺寸為8m×5.2m，工作于L波段；美國的AN/FPS-117（V）固態(tài)三坐標雷達用于遠程飛行器探測和提供位置數(shù)據(jù)、輔助系統(tǒng)、戰(zhàn)斗指揮等，工作于L波段；以色列EL/M-2080反彈道導彈系統(tǒng)，采用的固態(tài)有源相控陣雷達，能同時進行目標探測、搜索、報警和導彈制導，工作于L波段。近年來，雷達波段頻率有提升趨勢，如美國雷神公司的THAAD相控陣雷達，天線尺寸孔徑面積9.2m2，工作于X波段。我國的相控陣雷達研究計劃始于上世紀60年代，目前已經(jīng)形成了門類齊全的各類相控陣雷達。目前我國在陸軍、空軍部隊都裝備了先進的相控陣雷達系統(tǒng)。考慮到全球范圍內(nèi)隱身戰(zhàn)機數(shù)量增多導致的防御裝備升級需求，以及近年來裝備工作波段頻率有提升趨勢，均有助于相控陣雷達市場的發(fā)展；我們估計未來五年我國車載相控陣雷達市場約430億左右，T/R組件市場約215億左右。2.5艦載：體積龐大，T/R組件用量多，使用波段多艦載雷達不僅是現(xiàn)代艦船防御作戰(zhàn)系統(tǒng)的重要組成部分，而且還是艦船的關鍵探測裝備。艦載相控陣雷達可以同時實現(xiàn)搜索、識別、跟蹤、制導和探測等功能，能同時監(jiān)視和跟蹤多個目標。艦載雷達性能的優(yōu)劣對整個作戰(zhàn)起到至關重要的作用，甚至會影響到全部海域、空域作戰(zhàn)體系的完備性，對一個國家的海事裝備具有全面的制約作用。S波段以下的低頻段天線陣面，其陣列單元間距較大，多采用區(qū)域集中陣列結(jié)構(gòu)。子陣按照T/R組件與陣列單元的鏈接方式，可分為陣列單元與T/R組件一體插拔的一體式，以及通過盲插連接器鏈接、陣列單元固定在反射板上的分體式。X波段以上的高頻段天線陣面，陣列單元間距小，多采用一維擴展陣列結(jié)構(gòu)，T/R組件與陣列單元連接必須是分體式。艦載相控陣雷達體積大，T/R組件較多。美國的AN/SPY-3雷達天線長2.7m、寬2.1m，3部天線總重2.9噸，安裝于艦橋外表面較上部分；3個有源陣列每個包含約5000個T/R陣元。英國的“桑普森”(Sampson)雷達采用雙面旋轉(zhuǎn)陣列天線，內(nèi)置于碳纖維復合球形抗風雨雷達罩內(nèi)，每個陣面包括2500個發(fā)射/接收單元；MESAR(多功能電掃自適應雷達)工作在E/F(2.7～3.3GHz)波段，共有4個固定陣面，每個陣面包含2000個陣元，可在仰角和方位上覆蓋90°。日本的OPS-24相控陣雷達是工作在D波段，裝備于“村雨”和“朝霧”級驅(qū)逐艦上，八角形固態(tài)有源單面陣相控陣天線，提供半球覆蓋，整個天線單面陣由3000個有源T/R組件構(gòu)成，總重量為3690kg，每個T/R組件的尺寸為126mm×253mm×40mm，重1．23kg。將低波段和高波段等不同波段的多部雷達或陣面進行綜合調(diào)度管理，是艦載雷達的發(fā)展趨勢。20世紀90年代初，根據(jù)新的作戰(zhàn)要求，美國海軍提出“雙波段雷達”

系統(tǒng)，即指整套系統(tǒng)由兩部不同波段工作的雷達組成。其中AN/SPY-3多功能雷達在X波段工作，AN/SPY-4在S波段工作，3部天線組成一套完整的雷達。美海軍“防空反導雷達”采用雙波段模式，X波段雷達提供水平搜索、精確跟蹤、導彈控制和末段照射等功能，而S波段雷達進行立體搜索、跟蹤、彈道導彈識別和導彈控制。雷神公司于2011年10月完成的CJR，體積龐大的X波段和S波段有源相控陣天線各自有約4層樓高、500000磅重。我國海軍發(fā)展迅速，052D、055導彈驅(qū)逐艦首艦均已入列；2022年6月，我國第三艘航空母艦下水，表明我國軍艦加速列裝。考慮到我國大型驅(qū)逐艦列裝速度較快、航母發(fā)展計劃將“按照國家安全需要和裝備技術(shù)發(fā)展情況綜合考慮”、護衛(wèi)艦的升級改造，艦載相控陣雷達產(chǎn)業(yè)有望持續(xù)發(fā)力；我們估計未來五年我國艦載相控陣雷達市場約140億左右，T/R組件市場約70億左右。3行業(yè)景氣度高，公司積極上市3.1相關公司多，多為近年來上市統(tǒng)計與有源相控陣雷達T/R組件相關的10家上市公司，8家為民營企業(yè)，1家為國資企業(yè)，1家無實際控制人，民營企業(yè)占大多數(shù)。相關板塊中，營收最高的國博電子實際控制人為國資委，國資控股企業(yè)對行業(yè)依然具有較大影響力。從有源相控陣雷達T/R組件相關公司上市或收購相關子公司時間來看，5家相關上市公司在2017年至2020年間完成了對相關業(yè)務子公司的收購；2021年至今，又有5家相關公司上市，行業(yè)景氣度相對較高。3.2行業(yè)毛利高、營收穩(wěn)步高增統(tǒng)計10家有源相控陣雷達T/R組件相關上市公司相關板塊數(shù)據(jù)（剔除部分缺失數(shù)據(jù)），2021年營收合計為53.15億元，較上年同期增長35.69%，營收過去3年CAGR為29.30%；毛利合計為21.27億元，較上年同期增長33.02%，毛利過去3年CAGR為26.94%。2021年整體法計算綜合毛利率為40.02%。4重點公司分析4.1國博電子技術(shù)行業(yè)領先，成果豐碩國博電子整合了中國電科五十五所微系統(tǒng)事業(yè)部有源相控陣T/R組件業(yè)務，在有源相控陣T/R組件領域處于行業(yè)領先位置，取得較多成果。“十二五”期間，實現(xiàn)三代半導體在有源相控陣T/R組件中的工程應用；研制的毫米波多通道有源相控陣T/R組件，首次批量應用于國家某重點工程?！笆濉逼陂g，開發(fā)了三維集成高密度瓦片式T/R組件，突破了小型化有源相控陣系統(tǒng)所需輕薄型T/R組件的瓶頸問題?，F(xiàn)已構(gòu)建了覆蓋X波段、Ku波段、Ka波段的設計平臺、微波高密度互連工藝平臺以及全自動通用測試平臺。跟研時間長，定型產(chǎn)品多隨著有源相控陣雷達體制的廣泛應用，公司為各大軍工集團研制開發(fā)了數(shù)百款有源相控陣T/R組件，數(shù)十款進入穩(wěn)定技術(shù)狀態(tài)或定型狀態(tài)。軍工產(chǎn)品對狀態(tài)管理及可靠性的要求高，有源相控陣T/R組件需要經(jīng)過長期的研發(fā)，歷經(jīng)初樣階段、試樣階段、定型鑒定后才能達到批產(chǎn)階段，定型后將持續(xù)保持技術(shù)狀態(tài)穩(wěn)定進行生產(chǎn)，產(chǎn)品延續(xù)性較好。覆蓋頻段多，應用范圍廣國博電子的有源相控陣T/R組件定位于高頻高密度方向，產(chǎn)品主要特點為高頻、多通道、高密度集成，主流產(chǎn)品覆蓋X、Ku、Ka等頻段，主要應用領域為彈載、機載等；長期為陸、海、空、天等各型裝備配套大量關鍵產(chǎn)品，確保了以有源相控陣T/R組件為代表的關鍵軍用元器件的國產(chǎn)化自主保障。4.2

雷科防務技術(shù)基礎牢固，產(chǎn)業(yè)鏈完整通過多年的技術(shù)研發(fā)和實踐積累，公司雷達系統(tǒng)業(yè)務群已經(jīng)具備覆蓋完整產(chǎn)業(yè)鏈的能力，業(yè)務包含系統(tǒng)設計、射頻、天線、數(shù)字、模擬仿真等。雷達系統(tǒng)業(yè)務群在相控陣雷達處理算法與系統(tǒng)設計、相控陣雷達系統(tǒng)研制中奠定了堅實的研究基礎，在SAR成像處理算法和實時信號處理系統(tǒng)設計、SAR成像雷達系統(tǒng)研制等方面也擁有深厚的技術(shù)沉淀。軍用市場已開拓，民用市場積極拓展專用雷達市場方面，某特種毫米波雷達已開始批量生產(chǎn)交付并獲得了多個新型特種雷達研制開發(fā)任務。民用市場方面，公司積極加強行業(yè)產(chǎn)品的研制及推廣，探鳥雷達在北京大興機場等多個民用機場展開測試。在核心配件領域，微波天線、有源及無源器件、信號處理、伺服控制、系統(tǒng)仿真測試等產(chǎn)品在多個行業(yè)市場領域中都保持良好增長。在特種雷達、氣象雷達、安檢雷達、5G等應用領域積極開拓，積累了大量成功案例。4.3鋮昌科技T/R組件種類多，產(chǎn)品集成度高公司注重技術(shù)創(chuàng)新，持續(xù)提高產(chǎn)品性能，提升產(chǎn)品集成度，推出了多功能、多通道高集成芯片，有效減少相控陣系統(tǒng)體積重量，降低系統(tǒng)開發(fā)和生產(chǎn)難度。公司典型芯片組合包括：GaAs相控陣T/R芯片組、GaN相控陣T/R芯片組、GaAs兩片式單通道T/R芯片組、硅基單片式多通道相控陣T/R芯片。產(chǎn)品應用范圍廣，服務客戶多探測用有源相控陣雷達的天線輻射單元所需的T/R芯片套數(shù)規(guī)模根據(jù)不同的應用需求從數(shù)百到數(shù)萬不等，如機載、艦載探測雷達一般為數(shù)百到數(shù)千套，地面、星載探測雷達一般為數(shù)百至數(shù)萬套，公司產(chǎn)品已廣泛應用于探測領域用的星載、地面、機載相控陣雷達系統(tǒng)中，應用范圍廣泛。星載相控陣發(fā)展前景好，有助于公司未來發(fā)展StrategicDefenseIntelligence發(fā)布的《全球軍用衛(wèi)星市場2015-2025》預測，全球軍用衛(wèi)星市場規(guī)模將從2015年的57億美元上升至2025年的97億美元，上漲幅度約70%。2015~2025年，全球軍用衛(wèi)星市場規(guī)模將達到943億美元，亞太地區(qū)市場份額占比約19%。作為構(gòu)建衛(wèi)星組網(wǎng)和星間鏈路核心器件，相控陣雷達將受益于軍事衛(wèi)星系統(tǒng)市場規(guī)模擴張，擁有廣闊的市場空間。公