射頻前端是無線電設備中用于模擬信號處理的部分,具體由頻率源、發(fā)射機、 接收機和 TR 組件等微波器組件構成。隨著國防信息化持續(xù)推進,以及民用市 場 5G 通信等應用的拓展,軍民領域無線電設備將加速升級列裝,驅動微波器 組件市場快速擴張。目前中國微波技術正在加速追趕國際一流水平,未來有望 在相控陣等領域實現(xiàn)彎道超車,并帶動微波產業(yè)鏈迎來發(fā)展拐點。
微波器組件處理模擬信號,是無線電設備的核心。無線電設備是利用收發(fā)電磁波,實現(xiàn)通信、探測、對抗等功能的設備,射頻前端是無線電設備中對模擬信號 進行調制解調、功放、濾波等處理的部分,在軍民各個領域得到廣泛應用。射頻 前端主要由頻率源、發(fā)射機、接收機和 TR 組件等微波組件構成:頻率源用于產 生穩(wěn)定的高頻電信號載波;發(fā)射機主要功能為低頻信號的調制并放大;接收機能 夠濾除雜波,同時解調高頻信號。TR 組件通常用于相控陣,位于天線和接收機、 發(fā)射機之間,作用是調整單個陣元的相位。相控陣是由大量相同的陣元組成的陣 列,可利用陣元間相位差來合成需要的波形。
國內微波起步晚差距大,相控陣領域有望取得突破。微波技術誕生于一二戰(zhàn)之 間,此后近百年保持了快速發(fā)展,中國微波技術起步于建國后,目前在高頻器件、 產業(yè)化和系統(tǒng)設計三個領域和國際先進水平存在較大差距,導致產業(yè)競爭力弱, 軍用微波器組件性能不足,民用市場市占率偏低。隨著微波技術的發(fā)展,相控陣 應用領域不斷拓展,中國有望借助該技術實現(xiàn)彎道超車。科研院所和民營企業(yè)是 中國微波市場的主要參與者,科研院所中 13 所和 55 所是市場主力軍,部分信 息化主機院所也會內部配套;民營企業(yè)業(yè)務規(guī)模較小,產品相對單一,但公司治 理更為靈活,“十四五”期間隨著下游信息化裝備加速列裝,民營企業(yè)業(yè)績彈性 或將更大。
國防信息化持續(xù)深入,軍用微波器組件市場加速擴張。信息化是“十四五”國 防建設重點,預計中國將加大對導彈、通信、雷達等領域的投入。中美導彈數(shù)量 差距大,隨著解放軍實戰(zhàn)化水平提升,導彈或將加速補庫存,其中裝備相控陣導 引頭的空空導彈將是列裝重點;新型號戰(zhàn)機裝備先進有源相控陣雷達,微波器組 件價值量將得到提升;軍用通信對帶寬要求大幅增加,寬帶無線通信設備有望得 到重點發(fā)展,高價值的高頻微波器組件預計需求旺盛。預計通信、雷達、導航、 電子對抗等信息化裝備在“十四五”期間將加速列裝,帶動軍用微波器組件市場 實現(xiàn)擴張。
萬物互聯(lián)大幕開啟,民用射頻市場空間大。長期以來通信是射頻微波在民用市 場的主要應用領域,目前 5G 技術正逐漸成熟并實現(xiàn)商用化。5G 基站采用的 MIMO 技術大幅增加了微波器組件的用量,5G 通信覆蓋毫米波波段,高頻器件 單價更高,5G 基站建設直接推動了射頻微波市場擴容,據(jù) Yole 預測 2022 年射 頻領域半導體微波器件市場規(guī)模有望達 25 億美元;另一方面 5G 也為自動駕駛、 物聯(lián)網等奠定了基礎,拓展了射頻微波的應用領域。除通信外車載毫米波雷達、 衛(wèi)星導航定位終端、商業(yè)航天用抗輻照微波器組件等應用也將共同支撐起民用射 頻微波在中長期巨大的市場空間。
微波器組件處理模擬信號,是無線電設備的核心
射頻前端在無線電設備中不可或缺,微波器組件是其構成要素
射頻前端對模擬信號進行頻率變化,是無線電設備中必不可少的部件。無線電設備是 利用收發(fā)電磁波,實現(xiàn)通信、探測、對抗等功能的設備。天線振子在長度為無線電波長的 1/4 時工作效率最高,為了實現(xiàn)設備的小型化,無線電信號往往波長較短即頻率較高,而 受限于后端數(shù)字信號處理機能力,原始電信號頻率往往較低,因此無線電設備需要對模擬 信號進行頻率變化,射頻前端便是執(zhí)行這一變化過程的部件。以數(shù)字信號轉化為無線電信 號為例,數(shù)據(jù)處理機(DSP)對數(shù)字信號進行分類、合并、計算等處理,數(shù)據(jù)轉換模塊將 處理后的數(shù)字信號轉化為模擬信號,射頻前端對模擬信號進行調制、功率放大等一系列處 理,最后經天線將模擬信號轉化為無線電信號。
隨著無線電設備的普及,射頻前端在軍民各個領域得到廣泛應用。受無線電技術進步 以及人類經濟活動范圍擴大等因素影響,無線電設備在軍民領域逐漸普及,帶動射頻前端 應用領域不斷增加。在軍用領域,射頻前端主要應用于雷達、軍用通信設備、軍用無線電 偵察和電子干擾等設備上;在民用領域,射頻前端主要應用于包括基站、手機和平板電腦 等在內的移動通信終端以及 ADAS(高級駕駛輔助系統(tǒng))上,在 ADAS 中的應用主要為汽 車毫米波雷達,未來在物聯(lián)網領域,射頻前端也有廣大的應用前景。
微波器組件是射頻前端構成要素,各自承擔不同功能。射頻前端由微波組件構成,主 要包括頻率源、發(fā)射機、接收機和 TR 組件等,不同微波組件又包含各類微波器件。頻率 源用于產生穩(wěn)定的高頻電信號載波,核心器件為振蕩器;發(fā)射機的核心器件包括調制器、 功率放大器(PA)和電源,調制器實現(xiàn)對低頻信號的調制,PA 用于放大高頻電信號;接 收機的核心器件主要包括低噪聲放大器、濾波器、解調器,能夠濾除雜波,同時解調高頻 電信號;接收機有傳統(tǒng)接收機和數(shù)字接收機兩種,前者通過電路解調,成本低但時間長, 后者集成了數(shù)模轉換模塊,將模擬信號先轉換為數(shù)字信號再進行解調,時間短但成本高; TR 組件是相控陣中必需的微波組件,傳統(tǒng)無源 TR 組件主要功能是信號的收發(fā)控制,核心 器件包括環(huán)形器、移相器等,新型有源 TR 組件已將發(fā)送機的功率放大等部分功能集成進 TR 組件。
芯片是集成電路方法的應用,而非某種特定功能的器件。芯片是根據(jù)特定目的和用途, 用集成電路的方法制造電路中的器件、組件、模塊甚至系統(tǒng)。集成電路是電子學中一種將 電路(主要包括半導體設備、被動組件等)集中制造在半導體晶圓表面上的小型化方式。 芯片在制造過程中根據(jù)特定需求進行設計,通過集成電路的方法得以實現(xiàn),不同功能的器 件、組件、模塊乃至系統(tǒng)均可通過集成電路的方法集成于芯片中。
多層級射頻芯片大幅提高小型化和集成化程度,在無線電設備中應用逐步拓寬。射頻 芯片是把射頻前端中的器件、組件、模塊,甚至整個射頻前端通過集成電路的方法集成芯 片。射頻前端已實現(xiàn)多層級芯片化,器件級有功放芯片、開關芯片(移動通信傳導開關、 WiFi 開關、天線調諧開關)等;組件級有 TR 芯片等;模塊級有數(shù)模轉換芯片、電源芯片 等;系統(tǒng)級有手機中的射頻前端芯片。芯片集成工藝在射頻前端的應用大幅降低器件尺寸, 提高模塊的集成度,為成本控制和性能堆疊提供技術基礎。功放芯片是通信基站和終端中 必不可少的電子元器件,TR 芯片是整個雷達的關鍵電子元器件之一,在軍用雷達領域中 得到廣泛應用。隨著 5G 技術廣泛商用和中國移動通信基站進一步增建,射頻芯片應用場 景將進一步擴大。
科研院所是市場主力,民營企業(yè)業(yè)績彈性大
射頻微波市場參與者主要包括體制內科研院所和體制外民營企業(yè)兩大類。科研院 所中,13 所和 55 所是射頻微波領域的主力軍,產品譜系全面下游應用涵蓋廣泛,在化合物半導體功率器件等技術上實力較強;14 所、29 所等信息化主機院所,往往也 會生產部分微波器組件用于自供。民營企業(yè)業(yè)務規(guī)模小于 13 所和 55 所,產品多集中 于特定類型的微波器組件,配套的型號也相對較少,但民營企業(yè)在公司治理上更為靈 活,“十四五”期間隨著下游信息化裝備加速列裝,民營企業(yè)業(yè)績彈性或將更大。
國內微波起步晚、差距大,相控陣領域有望取得突破
我國微波技術起步晚、差距大,產業(yè)不成熟競爭力較弱
微波技術一戰(zhàn)后登上歷史舞臺,在近一百年間保持了快速發(fā)展。微波技術誕生于一二 戰(zhàn)之間的間戰(zhàn)時期,1936 年 Southworth 發(fā)表論文宣布了波導傳輸實驗成功,正式開創(chuàng)了 微波技術的歷史。此后微波技術保持了近一百年的高速發(fā)展,1939 年第一臺分米波雷達 的誕生極大的推進了微波技術的落地和發(fā)展,隨著二次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)雷達技術迅速走向 成熟,反雷達技術應運出現(xiàn),電子對抗這一全新分支走上歷史舞臺;戰(zhàn)后射電天文學大發(fā) 展對于微波技術的性能指標提出了更高要求,冷戰(zhàn)時期的太空軍備競賽助推微波技術進入 大發(fā)展時期;90 年代至今有源相控陣雷達、通信升級、智能駕駛和萬物互聯(lián)主導了微波技 術革命式發(fā)展。
我國微波技術起步晚且前期發(fā)展慢,近年快速追趕差距逐步縮小。在一次世界大戰(zhàn)后 微波技術出現(xiàn)時,我國處于長期戰(zhàn)亂和割據(jù)狀態(tài),錯過了微波技術登臺之初的黃金時期, 直到建國后中國微波技術才開始起步,50 年代初期我國研制出第一臺米波防空雷達,相較 世界先進技術差距約二十年。60 年代初微波技術重要性得到重視,相關產研教的系統(tǒng)性體 系開始建立;80 年代伴隨改革開放的腳步,我國微波產業(yè)開始加速趕超,直到近年在個別 細分領域取得了世界領先的成就,行業(yè)整體差距也逐步縮小。
目前我國微波技術在高頻器件、產業(yè)化和系統(tǒng)設計三個領域存在較大差距。相比國際 一流水平,目前我國微波技術存在的差距主要集中在三個領域:1、隨著軍用無線電設備 的升級,以及民用 5G 通信及物聯(lián)網的發(fā)展,微波器組件需要支持的頻段顯著升高,在高 頻微波器組件領域,我國與西方發(fā)達國家仍存在差距;2、雖然我國在部分先進微波器組 件的研發(fā)上取得突破,但產業(yè)化上仍存在不足,導致國產微波器組件在成本和可靠性上存 在差距;3、隨著電子產品趨于小型化,微波器組件的供電、散熱等問題愈發(fā)突出,對射 頻前端的系統(tǒng)設計提出了較高的要求,在這一點上我國也有較大的進步空間。
微波技術上的差距,導致我國微波產業(yè)競爭力較弱。我國微波技術相對世界先進水平 整體落后,軍用器件性能存在差距,同時民用產品國產化率較低。例如抗干擾通信領域, 美國的戰(zhàn)略防御計劃(SDI) 實現(xiàn)了極高的設備通信率,通過大量信息實現(xiàn)抗干擾交換并且 可以無障礙監(jiān)測傳輸,其中高空監(jiān)視傳感器能實現(xiàn)同時監(jiān)視 1500 個同時發(fā)射的導彈;而 我國在解密技術、編碼糾錯技術等方面仍存在很大差距。另外在電子戰(zhàn)領域,美歐主要軍 事強國起步早,并在數(shù)十年間發(fā)展迅速。2016 年,美軍推出世界首套認知電子戰(zhàn)系統(tǒng)(SRx), 提供自適應、可遠程重新編程等功能,集成在手掌大小的模塊中,并能實現(xiàn)全譜覆蓋。而 國內對于下一代認知電子戰(zhàn)的認識和重視程度不足,技術也整體落后。民品則由于起步晚、 規(guī)模小、成本控制能力較差,難以打開下游市場,相關國產器組件市占率較低。
軍民相控陣技術發(fā)展迅速,中國有望取得突破
相控陣雷達大量應用,帶動微波器組件需求上升。相控陣雷達是由大量相同的陣元組 成的雷達面陣,每一個陣元都可以控制其電流相位,通過控制陣元之間相位差來實現(xiàn)電子 掃描。相控陣雷達使用密集天線陣列,可同時針對不同方向進行電子掃描,目前已成為列 裝主流。在探測、電子對抗等領域,微波組件占據(jù)相關制造成本的 60%以上,市場空間巨 大。我國已從雷達制造大國邁入雷達研發(fā)強國,目前處于大量使用單片微波集成電路的固 態(tài)模擬有源相控陣體制階段,并逐步向數(shù)字陣列雷達過渡,相控陣雷達大量使用發(fā)射單元 也進一步帶動了 TR 組件等微波器組件價值量占比提升。
有源相控陣雷達優(yōu)于無源相控陣雷達,已成為軍用相控陣發(fā)展方向。有源相控陣雷達 是相控陣雷達的一種,區(qū)別于無源相控陣中,通過移相器改變發(fā)射機產生的高頻信號,有 源相控陣雷達的每個發(fā)射/接收組件(TR 組件),都能自己產生高頻信號。有源相控陣雷達 憑借多功能、遠距離、高精度、高靈活性、高可靠性以及優(yōu)良的抗干擾能力等鮮明特征, 性能上優(yōu)于無源相控陣雷達。因此,有源相控陣雷達已成為當前艦載相控陣雷達、機載雷 達、導彈導引頭等的重要發(fā)展方向之一,得到世界軍事強國的重點發(fā)展。
毫米波 MIMO 技術在 5G 等民用領域得到廣泛應用,也將提振微波器組件需求。毫米 波是指 30~300GHz 頻域(波長為 1~10mm)的電磁波,具有頻譜寬、方向性好、可靠性 高、波長極短的特點。伴隨物聯(lián)網和 5G 移動通信的飛速發(fā)展,頻譜資源逐漸緊缺,開發(fā) 利用毫米波頻譜資源成為了第五代移動通信技術的重點。為充分發(fā)揮毫米波優(yōu)勢,5G 基 站廣泛使用多輸入多輸出技術(MIMO),該技術指在發(fā)射端和接收端分別使用多個發(fā)射天 線和接收天線,以改善通信質量,和相控陣技術有較高的相關關系,同樣也將增加對微波 器組件的需求。
中國相控陣技術發(fā)展較快,在軍民領域應用中有望取得突破。由于歷史原因,中國在 真空電子管等技術上和歐美發(fā)達國家差距較大,這也導致中國無線電產業(yè)長期處于落后地 位。近年來隨著無線電技術進步以及有源相控陣的普及,晶體管正在越來越多的領域替代 真空電子管,在這一變革中,中國緊抓歷史機遇,在晶體管技術上取得重要突破,也帶動 軍民相控陣技術迅速發(fā)展。預計未來隨著相控陣技術在軍民領域應用逐步拓展,中國或將 在射頻領域實現(xiàn)彎道超車。
國防信息化持續(xù)深入,軍用微波器組件市場加速擴張
信息化仍是“十四五”國防建設重點,無線電設備有望加速列裝。“十九大”報告將 1997 年提出的國防和軍隊現(xiàn)代化建設“三步走”戰(zhàn)略目標提前了 15 年。2020 年軍隊如 期實現(xiàn)了國防和軍隊現(xiàn)代化建設“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略第二步目標,基本完成國防和軍隊改 革目標任務,基本實現(xiàn)機械化,信息化建設取得重大進展。中共中央十九屆五中全會確定 了中國“十四五”發(fā)展首要任務。全會擬定政治和經濟目標中,軍事問題所處位置明顯擴 大,“十四五”國防現(xiàn)代化建設中,信息化仍然是重點,文件指出,要加快機械化信息化 智能化融合發(fā)展,全面加強練兵備戰(zhàn)。信息化建設的深入,通信、雷達、電子對抗等信息 化裝備將加速列裝。
導彈加速補庫存,導引頭增長空間大
中美導彈數(shù)量差距大,實戰(zhàn)化下中國或加速補庫存。冷戰(zhàn)結束以來,美軍先后參與科 索沃戰(zhàn)爭、阿富汗戰(zhàn)爭、伊拉克戰(zhàn)爭等,持續(xù)的戰(zhàn)爭帶動了導彈等先進裝備需求,美軍導 彈庫存數(shù)量一直維持高位,根據(jù)《TheMilitaryBalance》的數(shù)據(jù),目前美國擁有洲際彈道 導彈 450 枚,各類戰(zhàn)術導彈數(shù)以萬計;目前美軍仍在加大導彈領域的投入,2021 年美軍 在戰(zhàn)略導彈上的預算達 40 億美元,在戰(zhàn)術導彈上的預算更是高達 113 億美元。相比之下 我國導彈庫存較低,補庫存需求大,預計在未來較長時間內我國的導彈數(shù)量將呈現(xiàn)加速增 長的態(tài)勢。
先進空空導彈需求旺盛,或成為列裝重點。現(xiàn)代戰(zhàn)爭中,帶有主動雷達指導的先進空 空導彈,能夠有效殺傷敵方空中力量,是空軍爭奪制空權的利器。AIM-120 是美軍先進空 空導彈的典型型號,該系列是應美國空軍、美國海軍、北大西洋公約組織和其他盟國的行 動要求,研制的最先進的全天候、全環(huán)境中程空對空導彈系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一種主動雷達制 導攔截導彈,具有固有的電子保護能力,用于空中應用,以對抗大規(guī)模穿透飛機,是美軍 繼 AIM-7 之后的第四代空空導彈。 AIM-120 系列將通過全球定位系統(tǒng)輔助導航、改善網 絡兼容性和通過雙向數(shù)據(jù)鏈路能力提高機組人員的生存能力來提高精度。隨著中國周邊地 緣政治的復雜化,我們認為先進空空導彈需求旺盛,有望成為我國重點列裝型號。
先進空空導彈需要持續(xù)迭代更新,訂單具備較強持續(xù)性。由于地方戰(zhàn)機更新?lián)Q代,以 及戰(zhàn)場環(huán)境日趨復雜,先進空空導彈也需要持續(xù)迭代更新。美國 AIM-120 導彈 1981 年研 制,用于對付 80 年代已有及其未來可能出現(xiàn)的戰(zhàn)斗機、戰(zhàn)斗轟炸機及巡航導彈,1985 年 試射,1991 年服役。現(xiàn)已研制出 A、B、C、D 等多種改進型號并裝備多國空軍。A 型采 用二級固體火箭發(fā)動機,制導方式為慣性制導+指令修正制導+主動雷達末制導,具有“射 后不管”和多目標攻擊能力;B 型為 A 型的改進型,采用更先進的數(shù)據(jù)處理器;C 型是專 為美國第四代戰(zhàn)斗機 F-22 改制的,前后翼展均為 450 毫米,最大飛行速度 5 馬赫,一架 F-22 一共可掛 4 枚 A 型導彈或 6 枚 C 型導彈。我們認為中國的先進空空導彈也將迭代更 新,在較長的時間范圍內該型導彈訂單都有較好保障,或將驅動相關產業(yè)鏈持續(xù)健康發(fā)展。
先進導彈加速列裝,帶動微波器組件市場擴張。近年來我國國防軍備發(fā)展迅速,實戰(zhàn) 化演練次數(shù)及實彈發(fā)射次數(shù)猛增,導彈需求快速增長。預計“十四五”期間中國導彈列裝 數(shù)量將大幅增長。導彈加速列裝也將帶動導彈配套市場維持高景氣,根據(jù)《防空導彈成本 與防空導彈武器裝備建設》(單紹敏,李桂軍,楊鳳鳴)一文,大部分導彈中的制導分系 統(tǒng)和穩(wěn)定控制分系統(tǒng)都占導彈成本的 40%-60%,在制導分系統(tǒng)中射頻前端是核心結構之 一,導彈領域微波器組件市場有望保持高增長。
有源相控陣普遍應用于先進戰(zhàn)機,單機微波器組件價值量提升
新型號戰(zhàn)機加速列裝,有源相控陣雷達應用增加。空軍裝備上,我國仍裝備大量二代 戰(zhàn)機,作為主力機型的三代戰(zhàn)機占比不足一半,而較先進的四代機占比極低,相比之下美 國已完全淘汰二代機,四代機占比高達 15%;我國在多用途中型直升機、大中型運輸機的 結構占比以及教練機的配比上較美國也存在較大差距。隨著我軍現(xiàn)代化建設加速,老舊裝 備更新?lián)Q代,新型號戰(zhàn)機加速列裝。由于有源相控陣在性能上更優(yōu),追蹤與搜索能力更強、 具有更高的分辨率、抗電子干擾能力更強、具有高數(shù)據(jù)通信能力等,在新型號戰(zhàn)機中有源 相控陣雷達正逐漸取代無源相控陣雷達。
自主研發(fā)有源相控陣雷達,支撐空警 500 性能領先。預警機即空中指揮預警飛機,是 指擁有整套遠程警戒雷達系統(tǒng),用于搜索、監(jiān)視空中或海上目標,指揮并可引導己方飛機 執(zhí)行作戰(zhàn)任務的飛機。近年來中國在預警機領域投入巨大,據(jù)環(huán)球網報道,早期的空警 -2000 預警機上安裝的 K/LLQF01 雷達技術來源于俄羅斯,目前最新的空警-500 預警機, 采用完全由中國自行研制開發(fā)的預警雷達,由多部有源電子掃描陣列雷達以三角形排列組 成,性能優(yōu)于空警-2000 的機械掃描式雷達,且比 K/LLQF01 更小、更輕。
機載雷達向有源相控陣升級,微波器組件價值量上升。有源相控陣雷達的每個發(fā)射/ 接收組件(TR 組件),都能自己產生電磁波,因此雷達中電源模塊、功率放大器等微波器 組件用量顯著高于傳統(tǒng)體制雷達和無源相控陣雷達。隨著先進戰(zhàn)機中機載雷達向有源相控 陣雷達升級,單架飛機中微波器組件價值量上升,疊加新型號戰(zhàn)機加速列裝,機載領域微 波器組件市場有望進入快速擴張期。
軍用通信向大帶寬發(fā)展,高頻微波器組件占比上升
軍用通信是戰(zhàn)斗力保障,美軍 C4I 投資超百億美元。軍用通信以軍用無線專網通信為 主,軍用專網通信設備需具備抗干擾性能、保密通信能力、良好的電磁兼容性和優(yōu)越的防 振、抗沖擊性能,對通信可靠性要求高。軍品應用環(huán)境較為惡劣,需要經受振動沖擊、電 磁干擾、高低溫、高空等極端環(huán)境的考驗。軍用通信是軍隊戰(zhàn)斗力的保障,是國防開支重 點投入方向,美軍 2021 年在 C4I(指揮、控制、通訊、計算機和情報)領域投資達 119 億美元,其中基礎通信設備 11 億美元,信息安全保障 10 億美元。
我軍通信仍以窄帶為主,軍用寬帶有望得到重點發(fā)展。國防信息化的發(fā)展分為網絡化 國防、信息化國防、智慧國防和智能國防四個階段。當前以美國為代表的發(fā)達國家處于第 三階段后期,并即將過渡到第四階段。我國仍處于初級階段后期,剛剛邁入到全面建設的 第二階段。“十一五”前我軍仍主要采用軍用短波電臺和窄帶戰(zhàn)術電臺作為通信保障的主 要手段,其傳輸帶寬較窄、裝備用途單一、集成化程度較低、軍兵種網系重復且不能互聯(lián) 互通,在傳輸速率、業(yè)務種類方面都與最新通信技術之間存在代差,無法滿足現(xiàn)代信息化 戰(zhàn)爭的需要。參考美軍發(fā)展經驗,我們認為隨著國防信息化持續(xù)推進,戰(zhàn)場信息流將大幅 提升,帶寬需求或將呈指數(shù)級增長,軍用寬帶建設或將提速。
軍用寬帶頻段較高,高頻微波器組件占比或提升。隨著國防信息化進程不斷加深,包 含圖像、視頻、語音、數(shù)據(jù)等在內的大容量信息流增多,只能支持低速率的數(shù)據(jù)服務的窄 帶數(shù)字集群通信系統(tǒng),無法適應業(yè)務需求的變化,帶寬大、速率高的寬帶數(shù)字集群通信系 統(tǒng)需求愈發(fā)強烈。由于電磁波物理特性,大帶寬的軍用寬帶需要使用頻率較高的頻段,軍 用寬帶設備也需要配套高頻微波器組件,高頻微波器組件技術含量高生產難度大,其價格 和適配的頻段正相關。隨著軍用寬帶的普及,我們預計軍用通信領域高頻微波器組件占比 將提升,并帶動單個設備中微波器組件的價值量增加。
北斗三號成功收官,射頻前端受益軍用終端加速列裝
北斗三號系統(tǒng)全面建成,軍用定位精度達 0.5 米。2020 年 7 月 31 日,我國北斗三號 全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)正式開通。與二號系統(tǒng)相比,北斗三號覆蓋范圍更廣,首次實現(xiàn)了全球 覆蓋;授時、定位精度也提高了 1 倍以上。單從定位精度來看,北斗軍用級別的定位精度 達到 0.5 米,僅稍遜于 GPS 軍用級別的 0.3 米參數(shù)。在現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭的推動下,北斗作 為我國自主研發(fā)的軍民兩用導航系統(tǒng),是軍隊裝備信息化建設的重要一環(huán)。據(jù)《中國衛(wèi)星 導航與位置服務產業(yè)發(fā)展白皮書(2019)》(中國衛(wèi)星導航定位協(xié)會)預測,2020 年北斗 單兵裝備的配備率將達到 80%,但與美國單兵 100%的裝配率仍存在一定差距。未來北斗 單兵裝備配備率或將繼續(xù)提升,軍用北斗市場有望打開新的成長空間。
2025 年軍用北斗市場規(guī)模或接近 300 億元,為微波器組件發(fā)展提供新增量。隨著北 斗三號組網完成,北斗導航定位精度大幅提升,同時覆蓋范圍也從一帶一路地區(qū)拓展至全 球,在軍事領域實用性大幅提升,終端列裝速度或將加快。參考美國經驗,我們認為北斗 軍用市場對國家軍費開支依賴程度較高,“十四五”期間國防建設有望加速,預計 2025 年 軍費預算將達 1.8~2.0 億元,對標美國軍用 GPS 支出 1.5%的軍費占比,我們認為 2025 年我國軍用北斗市場規(guī)模有望達到 270~300 億元。射頻前端作為接收信號的關鍵部分,在 導航產業(yè)鏈中價值占比較高,有望受益于軍用北斗市場的迅猛發(fā)展。
無線電設備廣泛應用于電子對抗等領域,為微波器組件提供新增量
電子對抗重要性日益提升,我國加速追趕美俄等軍事大國。隨著國防信息化提升,制 信息權已成為戰(zhàn)爭勝負的關鍵,電子對抗重要性日益提升。中船重工 723 所丁凱在《電子 對抗在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的作用》中指出,電子對抗在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭中擔任著不可替代的重要作用, 誰掌握了電子對抗的優(yōu)勢,就掌握了整個戰(zhàn)爭的形式。目前我國對電子對抗的重視程度日 益提升,在電子對抗技術設備研發(fā)方面不斷追趕美國、俄羅斯等軍事大國。同時我軍也在 組建專業(yè)化的電子對抗部隊,并加強部隊訓練,據(jù)央視報道解放軍空軍某電子對抗師全年 擔負三等戰(zhàn)備值班。考慮到電子對抗技術提升、專業(yè)部隊擴編和高強度戰(zhàn)備帶來的設備損 耗,我們認為“十四五”期間電子對抗市場將保持高速增長。
高科技戰(zhàn)爭對引信技術提出更高要求,進一步打開引信市場空間。隨著現(xiàn)代武器裝備 發(fā)展,主戰(zhàn)裝備殺傷力遠超防護力,能否精確命中敵方目標已成為對抗勝敗的關鍵,引信 的重要性不斷提升。由于各種隱身技術、光電干擾技術、誘餌彈技術等的廣泛應用以及導 彈、飛機等目標機動性能的提高,傳統(tǒng)引信的殺傷效果受到削弱,在未來戰(zhàn)爭向高科技、 高度信息化發(fā)展的背景下,引信智能化和信息化的重要性凸顯,引信研究院在 2021 年度 工作會議中指出,要將“全面突破引信基礎、關鍵和前沿技術”、“全面實現(xiàn)數(shù)字化研發(fā)設 計轉型”作為“十四五”總體目標。引信行業(yè)在國內漸受重視,國內引信市場高增長可期。
新一代毫米波敵我識別系統(tǒng)問世,未來有望實現(xiàn)大規(guī)模應用。敵我識別即對目標敵我 屬性、類型的判別。傳統(tǒng)敵我識別設備多依靠激光體質,毫米波體制因其抗干擾能力強、 全天候工作的特性而脫穎而出,成為當下各國陸軍敵我識別體系的主流。美國的 BCIS 系 統(tǒng)、韓國的 BIS-戰(zhàn)場 IFF 系統(tǒng)等均屬于先進的毫米波體制。目前我國的敵我識別系統(tǒng)也在 從局限性大、惡劣天氣下識別能力差的激光體制向性能優(yōu)越的毫米波體制轉變。2019 年, 解放軍新一代毫米波單兵敵我識別系統(tǒng)開始小批量裝備部隊,進入實戰(zhàn)測試階段,待此系 統(tǒng)徹底完善后,將在我軍實現(xiàn)大規(guī)模應用。
萬物互聯(lián)大幕開啟,民用射頻市場空間大
在萬物互聯(lián)時代,微波技術民用價值被不斷發(fā)掘,產業(yè)天花板持續(xù)拔高。射頻器件是 無線連接的核心,是實現(xiàn)信號發(fā)送和接收的基礎零件,在民用市場有著廣泛的應用。目前 通信是射頻在民用市場最主要的應用領域,5G 通信頻率覆蓋毫米波波段,該波段微波器組件價格較高,同時 5G 基站采用 MIMO 技術,微波器組件用量也大幅增加,5G 商用通 信的逐步普及,將帶來微波電路的巨大需求。此外 5G 基站的規(guī)模化鋪設也將釋放物聯(lián)網 等其他應用需求,相關終端有望放量。衛(wèi)星導航加速與智能駕駛等新型領域產業(yè)融合,車 載導航、便攜式導航儀、智能行車記錄儀等終端微波器組件市場應用前景廣闊。隨著高級 輔助駕駛技術的逐步普及,汽車雷達前后裝市場需求也將迎來爆發(fā)式增長。隨著射頻在傳 統(tǒng)通信領域應用增加,以及在物聯(lián)網、智能駕駛等新興市場取得突破,民用微波器組件市 場天花板有望持續(xù)拔高。
射頻功率組件需求強勁,有望進入快速發(fā)展期。
在民用射頻器組件中,功率器件占據(jù) 了較大的市場份額。而得益于 5G 基站建設、小型基站增補,射頻功率器件市場有望走出 2015 年以來的低潮期,進入快速發(fā)展階段。根據(jù) Yole 預期,射頻功率組件市場有望在 2022 年達到 25 億美元,2016-2022 年間 CAGR 達到 9.8%;而在這其中,基站設施與無線回 程網絡等組件占比接近一半,2016-2022 年間 CAGR 分別達到 12.5%、5.3%。而據(jù) Yole 數(shù)據(jù),軍事的射頻功率器件同期 CAGR 為 4.3%。民用端的強勢需求,將在未來幾年持續(xù) 推動射頻功率組件市場發(fā)展。
5G 商用部署加速,射頻芯片市場擴張
5G 基站中射頻組件數(shù)量和價值上升。5G 時代主流基站將演變?yōu)?BBU+AAU 的形態(tài), 應用 Massive MIMO 技術,64 通道的天線方案使得一個 5G 基站需要 192 個濾波器,遠 高于 4G 時代 8 通道方案的濾波器數(shù)量。同時在 Massive MIMO 技術下,射頻器件需要與 天線高度集成,射頻器件技術門檻與附加值大大提高。在 3G、4G 階段,射頻價值僅占整 體基站總價值的 4%,而在 5G 時代,射頻價值比重預計將進一步提升至 8%-10%。
5G 商用后,終端設備射頻前端價值量也將顯著提升。從手機終端的單機價值量來看, 5G 時代單機價值達到 25 美金,顯著高于 3G 時代的 8 美金與 4G 時代的 18 美金,與 4G 相比增幅近 40%。從射頻間端器件數(shù)量來看,由于 5G 需要支持更多的頻段、進行更復雜 的信號處理,所需濾波器、功率放大器等射頻組件數(shù)量顯著增加,若未來 5G 手機將需要 實現(xiàn)更復雜的功能,包括多輸入多輸(MIMO)、智能天線技術(如波束成形或分集)、載 波聚合(CA)等,射頻前端價值量還將持續(xù)提升。
北斗精度追平 GPS,民用市場有望打開
北斗發(fā)展滯后于 GPS,性能落后商業(yè)競爭力弱。GPS 的前身為美國軍方于 1958 年 率先提出的子午儀衛(wèi)星定位系統(tǒng)研制計劃。歷經 20 多年的系統(tǒng)方案論證、修改,研制試 驗,耗資約 300 億美元,到 1994 年 GPS 衛(wèi)星星座系統(tǒng)基本完成 24 顆衛(wèi)星全球布局,全 球監(jiān)測覆蓋率達到 98%。相比之下中國衛(wèi)星定位導航系統(tǒng),從概念提出到實驗驗證,再到 發(fā)射組網,各個關鍵進度時點均比美國落后約 20-25 年,北斗三號組網完成以前,北斗系 統(tǒng)定位精度長期弱于 GPS 系統(tǒng),導致目前北斗在民用市場競爭力弱,在除特定行業(yè)市場 以外的商業(yè)市場擴張較慢。
北斗三號系統(tǒng)全面建成后授時和定位精度大幅提升。我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)從 1994 年啟動開始,至今已經發(fā)展至第三代。2019 年底,北斗三號所有中圓地球軌道衛(wèi)星發(fā)射 完畢,標志北斗三號全球系統(tǒng)核心星座部署完成。相比于北斗一號和二號,北斗三號在原 子鐘和星間鏈路兩個方面實現(xiàn)了技術突破,使北斗系統(tǒng)的定位精度實現(xiàn)了由 10 米量級向 米級的跨越。性能上已經實現(xiàn)對 GPS 的趕超,為后續(xù)北斗大規(guī)模商業(yè)應用奠定了基礎。
中國導航市場快速擴張,北斗商業(yè)潛力巨大。根據(jù)《2020 中國衛(wèi)星導航與位置服務 產業(yè)發(fā)展白皮書》(中國衛(wèi)星導航定位協(xié)會)顯示,2019 年中國衛(wèi)星導航與位置服務產業(yè) 總體產值達 3450 億元,較 2018 年增長 14.4%。其中與衛(wèi)星導航技術研發(fā)和應用直接相 關的產業(yè)核心產值為 1166 億元, 在總產值中占比為 33.8%,北斗對產業(yè)的核心產值貢 獻率超過 80%。“北斗+”行業(yè)應用的深入推進以及消費市場的逐步拓展,民用市場發(fā)展?jié)?力巨大。
北斗應用獲政策加持,短期行業(yè)應用市場增長快。行業(yè)市場是指面向行業(yè)用戶和特定 用途的應用市場,主要包括終端產品銷售和解決方案服務兩大類業(yè)務,面向測繪、位移監(jiān) 測、農業(yè)機械等領域。根據(jù)上海產業(yè)研究院預測,2020 年中國行業(yè)導航市場規(guī)模達 120.77 億元,同比增長 24.97%。從細分市場來看,如在智能網聯(lián)汽車領域,基于北斗、激光雷達、毫米波雷達、攝像頭等設備的無人駕駛電動港口牽引車(L4 級)可實現(xiàn)全程自動駕駛 水平運輸。由于部分行業(yè)應用涉及敏感地理信息,為保障國家安全,政府出臺政策引導北 斗替換 GPS,這部分市場對終端價格敏感較低,預計短期北斗在行業(yè)應用市場將保持快速 增長。
大眾應用市場前景廣闊,終端價格下降后北斗占比或提升。民用導航位置服務包括智 能手機、可穿戴設備、平板、數(shù)碼相機等終端市場,截至 2019 年底,中國國產北斗兼容 型芯片及模塊銷量已突破 1 億片,國內衛(wèi)星導航定位終端產品總銷量突破 4.6 億臺,其中 具有衛(wèi)星導航定位功能的智能手機銷售量達到 3.72 億臺;而在乘用車導航領域,截至 2018 年 12 月,北斗/GNSS 兼容乘用車前裝智能車載終端推廣近 200 萬臺,在國內 10 多個 汽車生產企業(yè) 30 多個車型實現(xiàn)了批量應用。大眾應用中消費者對價格較為敏感,由于北 斗三號組網完成時間較短,相關產業(yè)鏈尚不成熟,目前終端產品價格遠高于 GPS 產品, 大眾應用市場拓展難度較大。預計未來隨著北斗應用增加,規(guī)模效應凸顯,終端價格有望 下降至 GPS 相同水平,北斗在大眾應用市場中占比或將提升。
智能駕駛漸行漸近,毫米波雷達有望普及
智能駕駛時代,毫米波雷達成為必需。毫米波雷達是工作在毫米波波段(30~300GHz) 的探測雷達。同厘米波雷達相比,毫米波雷達具有體積小、質量輕和空間分辨率高的特點; 與紅外、激光、電視等光學雷達相比,毫米波雷達穿透霧、煙、灰塵的能力強,具有全天 候(大雨天除外)全天時的特點,其車載重要性與日俱增,車載毫米波雷達逐漸進入快車道。 隨著 ADAS 滲透率逐步提高,“1 長+4 中短”5 個毫米波雷達,逐步成為汽車標配。目前 眾多車企,如大眾、奔馳、奧迪、豐田等都已在其中高端車型上配置了毫米波雷達。
毫米波雷達進入快速擴張期,帶動射頻組件需求擴大。隨著無人駕駛產業(yè)的進一步發(fā) 展,毫米波雷達市場規(guī)模逐年增加。數(shù)據(jù)顯示,2020 年全球毫米波雷達市場規(guī)模超 50 億 美元,持續(xù) 5 年保持 20%以上的高增速。而國內市場則增長更加迅速,2016-2020 年間保 持 30%以上的高增速,高于全球表現(xiàn),2020 年毫米波雷達市場或達到 72.1 億元。隨著國 內汽車消費持續(xù)結構升級,無人駕駛汽車市場需求擴大,國內毫米波雷達前后裝市場高增 長在未來幾年或能夠持續(xù)。射頻前端組件作為毫米波雷達的核心射頻部分,其成本占比約 25%,需求或將進一步擴大。
商業(yè)航天迎發(fā)展機遇,抗輻照微波器組件將重點發(fā)展
海外衛(wèi)星互聯(lián)網開始運營,政策支持產業(yè)迎來發(fā)展新機遇。全球衛(wèi)星互聯(lián)網發(fā)展主要 經歷了三個階段,目前衛(wèi)星互聯(lián)網與地面通信系統(tǒng)互補合作、融合發(fā)展,開始步入寬帶互 聯(lián)網時期。以 OneWeb、SpaceX 等代表企業(yè)開始主導新型衛(wèi)星互聯(lián)網星座建設,其中 SpaceX 旗下 Starlink 已于 2020 年底開始商業(yè)運營,衛(wèi)星互聯(lián)網發(fā)展邁入新時代。近年來 中國低軌通信衛(wèi)星發(fā)展布局呈現(xiàn)快速發(fā)展態(tài)勢。2020 年 4 月,衛(wèi)星互聯(lián)網作為通信網絡 基礎設施的代表之一被首次納入新基建信息基礎設施的范疇,標志著衛(wèi)星互聯(lián)網建設已上 升為國家戰(zhàn)略性工程。隨著諸多政策的逐漸落實,我國衛(wèi)星互聯(lián)網產業(yè)有望迎來發(fā)展新機 遇。
衛(wèi)星產業(yè)增長穩(wěn)健,商業(yè)航天或驅動產業(yè)發(fā)展提速。根據(jù)美國衛(wèi)星產業(yè)協(xié)會(SIA) 發(fā)布的《2019 年衛(wèi)星產業(yè)狀況報告》,2018 年全球航天經濟產業(yè)總收入為 3600 億美元, 其中衛(wèi)星相關產業(yè)收入為 2774 億美元,2011-2018 年度增長率在 6%以上,穩(wěn)步上升。而 在這之中,衛(wèi)星服務業(yè)和地面設備服務業(yè)占比較高,2018 年兩者合計占整體衛(wèi)星產業(yè)收 入比例為 91%,目前全球航天市場仍由各國政府主導,商業(yè)化程度較低。我們預計未來隨 著衛(wèi)星性能提升以及運營成本下降,商業(yè)航天需求將逐步釋放,驅動產業(yè)規(guī)模增速提升。
空間環(huán)境輻射量大,抗輻照微波器組件有望得到重點發(fā)展。衛(wèi)星通信與地面設備是航 天產業(yè)市場規(guī)模的最重要的兩個環(huán)節(jié),射頻組件在這兩大環(huán)節(jié)發(fā)揮了重要作用。在空間環(huán) 境中由于缺乏大氣層和地磁場保護,X 射線等高能輻射對電子元器件危害較大,抗輻照微 波器組件不可或缺。目前我國微波器組件抗輻照技術,和海外先進國家相比仍有較大差距, 限制了我國空間經濟的發(fā)展,我們預計未來抗輻照微波器組件或將成為重點發(fā)展方向之一, 相關市場潛力巨大。
編輯:黃飛
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