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汽车雷达需求旺盛，射频微波产业迎发展拐点
2021-03-16 23:21:37· 来源：智车行家
引言：物互联大幕开启，民用射频市场空间大。长期以来通信是射频微波在民用市场的主要应用领域，目前 5G 技术正逐渐成熟并实现商用化。5G 基站采用的MIMO 技术大
物互联大幕开启，民用射频市场空间大。长期以来通信是射频微波在民用市场的主要应用领域，目前 5G 技术正逐渐成熟并实现商用化。5G 基站采用的MIMO 技术大幅增加了微波器组件的用量，5G 通信覆盖毫米波波段，高频器件单价更高，5G 基站建设直接推动了射频微波市场扩容。
据 Yole 预测 2022 年射频领域半导体微波器件市场规模有望达 25 亿美元；另一方面 5G 也为自动驾驶、物联网等奠定了基础，拓展了射频微波的应用领域。除通信外车载毫米波雷达、卫星导航定位终端、商业航天用抗辐照微波器组件等应用也将共同支撑起民用射频微波在中长期巨大的市场空间。
来源：中信证券研究
射频前端在无线电设备中不可或缺，微波器组件是其构成要素
射频前端对模拟信号进行频率变化，是无线电设备中必不可少的部件。无线电设备是利用收发电磁波，实现通信、探测、对抗等功能的设备。天线振子在长度为无线电波长的1/4 时工作效率最高，为了实现设备的小型化，无线电信号往往波长较短即频率较高，而受限于后端数字信号处理机能力，原始电信号频率往往较低，因此无线电设备需要对模拟信号进行频率变化，射频前端便是执行这一变化过程的部件。
以数字信号转化为无线电信号为例，数据处理机（DSP）对数字信号进行分类、合并、计算等处理，数据转换模块将处理后的数字信号转化为模拟信号，射频前端对模拟信号进行调制、功率放大等一系列处理，最后经天线将模拟信号转化为无线电信号。
随着无线电设备的普及，射频前端在军民各个领域得到广泛应用。受无线电技术进步以及人类经济活动范围扩大等因素影响，无线电设备在军民领域逐渐普及，带动射频前端应用领域不断增加。
在军用领域，射频前端主要应用于雷达、军用通信设备、军用无线电侦察和电子干扰等设备上；在民用领域，射频前端主要应用于包括基站、手机和平板电脑等在内的移动通信终端以及 ADAS（高级驾驶辅助系统）上，在 ADAS 中的应用主要为汽车毫米波雷达，未来在物联网领域，射频前端也有广大的应用前景。
02
万物互联大幕开启，民用射频市场空间大
在万物互联时代，微波技术民用价值被不断发掘，产业天花板持续拔高。射频器件是无线连接的核心，是实现信号发送和接收的基础零件，在民用市场有着广泛的应用。目前通信是射频在民用市场最主要的应用领域，5G 通信频率覆盖毫米波波段，该波段微波器组件价格较高，同时 5G 基站采用 MIMO 技术，微波器组件用量也大幅增加，5G 商用通信的逐步普及，将带来微波电路的巨大需求。
此外 5G 基站的规模化铺设也将释放物联网等其他应用需求，相关终端有望放量。卫星导航加速与智能驾驶等新型领域产业融合，车载导航、便携式导航仪、智能行车记录仪等终端微波器组件市场应用前景广阔。
随着高级辅助驾驶技术的逐步普及，汽车雷达前后装市场需求也将迎来爆发式增长。随着射频在传统通信领域应用增加，以及在物联网、智能驾驶等新兴市场取得突破，民用微波器组件市场天花板有望持续拔高。
射频功率组件需求强劲，有望进入快速发展期。在民用射频器组件中，功率器件占据了较大的市场份额。而得益于 5G 基站建设、小型基站增补，射频功率器件市场有望走出2015 年以来的低潮期，进入快速发展阶段。
根据 Yole 预期，射频功率组件市场有望在 2022年达到 25 亿美元，2016-2022 年间 CAGR 达到 9.8%；而在这其中，基站设施与无线回程网络等组件占比接近一半，2016-2022 年间 CAGR 分别达到 12.5%、5.3%。
而据 Yole数据，军事的射频功率器件同期 CAGR 为 4.3%。民用端的强势需求，将在未来几年持续推动射频功率组件市场发展。
03
5G 商用部署加速，射频芯片市场扩张
5G 基站中射频组件数量和价值上升。5G 时代主流基站将演变为 BBU+AAU 的形态，应用 Massive MIMO 技术，64 通道的天线方案使得一个 5G 基站需要 192 个滤波器，远高于 4G 时代 8 通道方案的滤波器数量。
同时在 Massive MIMO 技术下，射频器件需要与天线高度集成，射频器件技术门槛与附加值大大提高。在 3G、4G 阶段，射频价值仅占整体基站总价值的 4%，而在 5G 时代，射频价值比重预计将进一步提升至 8%-10%。
5G 商用后，终端设备射频前端价值量也将显著提升。从手机终端的单机价值量来看， 5G 时代单机价值达到 25 美金，显著高于 3G 时代的 8 美金与 4G 时代的 18 美金，与 4G相比增幅近 40%。
从射频间端器件数量来看，由于 5G 需要支持更多的频段、进行更复杂的信号处理，所需滤波器、功率放大器等射频组件数量显著增加，若未来 5G 手机将需要实现更复杂的功能，包括多输入多输（MIMO）、智能天线技术（如波束成形或分集）、载波聚合（CA）等，射频前端价值量还将持续提升。
北斗精度追平 GPS，民用市场有望打开
北斗三号系统全面建成后授时和定位精度大幅提升。我国北斗卫星导航系统从 1994年启动开始，至今已经发展至第三代。2019 年底，北斗三号所有中圆地球轨道卫星发射完毕，标志北斗三号全球系统核心星座部署完成。
相比于北斗一号和二号，北斗三号在原子钟和星间链路两个方面实现了技术突破，使北斗系统的定位精度实现了由 10 米量级向米级的跨越。性能上已经实现对 GPS 的赶超，为后续北斗大规模商业应用奠定了基础。
中国导航市场快速扩张，北斗商业潜力巨大。根据《2020 中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》（中国卫星导航定位协会）显示，2019 年中国卫星导航与位置服务产业总体产值达 3450 亿元，较 2018 年增长 14.4%。
其中与卫星导航技术研发和应用直接相关的产业核心产值为 1166 亿元， 在总产值中占比为 33.8%，北斗对产业的核心产值贡献率超过 80%。“北斗+”行业应用的深入推进以及消费市场的逐步拓展，民用市场发展潜力巨大。
北斗应用获政策加持，短期行业应用市场增长快。行业市场是指面向行业用户和特定用途的应用市场，主要包括终端产品销售和解决方案服务两大类业务，面向测绘、位移监测、农业机械等领域。根据上海产业研究院预测，2020 年中国行业导航市场规模达 120.77亿元，同比增长 24.97%。
从细分市场来看，如在智能网联汽车领域，基于北斗、激光雷达、毫米波雷达、摄像头等设备的无人驾驶电动港口牵引车（L4 级）可实现全程自动驾驶水平运输。由于部分行业应用涉及敏感地理信息，为保障国家安全，政府出台政策引导北斗替换 GPS，这部分市场对终端价格敏感较低，预计短期北斗在行业应用市场将保持快速增长。
大众应用市场前景广阔，终端价格下降后北斗占比或提升。民用导航位置服务包括智能手机、可穿戴设备、平板、数码相机等终端市场，截至 2019 年底，中国国产北斗兼容型芯片及模块销量已突破 1 亿片，国内卫星导航定位终端产品总销量突破 4.6 亿台，其中具有卫星导航定位功能的智能手机销售量达到 3.72 亿台；
而在乘用车导航领域，截至 2018年 12 月，北斗/GNSS 兼容乘用车前装智能车载终端推广近 200 万台，在国内 10 多个汽车生产企业 30 多个车型实现了批量应用。大众应用中消费者对价格较为敏感，由于北斗三号组网完成时间较短，相关产业链尚不成熟，目前终端产品价格远高于 GPS 产品，大众应用市场拓展难度较大。预计未来随着北斗应用增加，规模效应凸显，终端价格有望下降至 GPS 相同水平，北斗在大众应用市场中占比或将提升。
04
智能驾驶渐行渐近，毫米波雷达有望普及
智能驾驶时代，毫米波雷达成为必需。毫米波雷达是工作在毫米波波段（30～300GHz）的探测雷达。同厘米波雷达相比，毫米波雷达具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点；
与红外、激光、电视等光学雷达相比，毫米波雷达穿透雾、烟、灰尘的能力强，具有全天候(大雨天除外)全天时的特点，其车载重要性与日俱增，车载毫米波雷达逐渐进入快车道。
随着 ADAS 渗透率逐步提高，“1 长+4 中短”5 个毫米波雷达，逐步成为汽车标配。目前众多车企，如大众、奔驰、奥迪、丰田等都已在其中高端车型上配置了毫米波雷达。
毫米波雷达进入快速扩张期，带动射频组件需求扩大。随着无人驾驶产业的进一步发展，毫米波雷达市场规模逐年增加。数据显示，2020 年全球毫米波雷达市场规模超 50 亿美元，持续 5 年保持 20%以上的高增速。
而国内市场则增长更加迅速，2016-2020 年间保持 30%以上的高增速，高于全球表现，2020 年毫米波雷达市场或达到 72.1 亿元。随着国内汽车消费持续结构升级，无人驾驶汽车市场需求扩大，国内毫米波雷达前后装市场高增长在未来几年或能够持续。射频前端组件作为毫米波雷达的核心射频部分，其成本占比约25%，需求或将进一步扩大。
微波器组件是射频前端构成要素，各自承担不同功能。射频前端由微波组件构成，主要包括频率源、发射机、接收机和 TR 组件等，不同微波组件又包含各类微波器件。频率源用于产生稳定的高频电信号载波，核心器件为振荡器；发射机的核心器件包括调制器、功率放大器（PA）和电源，调制器实现对低频信号的调制，PA 用于放大高频电信号；
接收机的核心器件主要包括低噪声放大器、滤波器、解调器，能够滤除杂波，同时解调高频电信号；接收机有传统接收机和数字接收机两种，前者通过电路解调，成本低但时间长，后者集成了数模转换模块，将模拟信号先转换为数字信号再进行解调，时间短但成本高；
TR 组件是相控阵中必需的微波组件，传统无源 TR 组件主要功能是信号的收发控制，核心器件包括环形器、移相器等，新型有源 TR 组件已将发送机的功率放大等部分功能集成进TR 组件。
05
射频芯片指用集成电路技术制造微波器组件，应用场景逐步拓宽
芯片是集成电路方法的应用，而非某种特定功能的器件。芯片是根据特定目的和用途，用集成电路的方法制造电路中的器件、组件、模块甚至系统。集成电路是电子学中一种将电路（主要包括半导体设备、被动组件等）集中制造在半导体晶圆表面上的小型化方式。
芯片在制造过程中根据特定需求进行设计，通过集成电路的方法得以实现，不同功能的器件、组件、模块乃至系统均可通过集成电路的方法集成于芯片中。
多层级射频芯片大幅提高小型化和集成化程度，在无线电设备中应用逐步拓宽。射频芯片是把射频前端中的器件、组件、模块，甚至整个射频前端通过集成电路的方法集成芯片。
射频前端已实现多层级芯片化，器件级有功放芯片、开关芯片（移动通信传导开关、 WiFi 开关、天线调谐开关）等；组件级有 TR 芯片等；模块级有数模转换芯片、电源芯片等；
系统级有手机中的射频前端芯片。芯片集成工艺在射频前端的应用大幅降低器件尺寸，提高模块的集成度，为成本控制和性能堆叠提供技术基础。功放芯片是通信基站和终端中必不可少的电子元器件，TR 芯片是整个雷达的关键电子元器件之一，在军用雷达领域中得到广泛应用。随着 5G 技术广泛商用和中国移动通信基站进一步增建，射频芯片应用场景将进一步扩大。
科研院所是市场主力，民营企业业绩弹性大
射频微波市场参与者主要包括体制内科研院所和体制外民营企业两大类。科研院所中，13 所和 55 所是射频微波领域的主力军，产品谱系全面下游应用涵盖广泛，在化合物半导体功率器件等技术上实力较强；
14 所、29 所等信息化主机院所，往往也会生产部分微波器组件用于自供。民营企业业务规模小于 13 所和 55 所，产品多集中于特定类型的微波器组件，配套的型号也相对较少，但民营企业在公司治理上更为灵活，“十四五”期间随着下游信息化装备加速列装，民营企业业绩弹性或将更大。
06
国内微波起步晚、差距大，相控阵领域有望取得突破
我国微波技术起步晚、差距大，产业不成熟竞争力较弱
微波技术一战后登上历史舞台，在近一百年间保持了快速发展。微波技术诞生于一二战之间的间战时期，1936 年 Southworth 发表论文宣布了波导传输实验成功，正式开创了微波技术的历史。此后微波技术保持了近一百年的高速发展，1939 年第一台分米波雷达的诞生极大的推进了微波技术的落地和发展，随着二次世界大战的爆发雷达技术迅速走向成熟，反雷达技术应运出现，电子对抗这一全新分支走上历史舞台；
战后射电天文学大发展对于微波技术的性能指标提出了更高要求，冷战时期的太空军备竞赛助推微波技术进入大发展时期；90 年代至今有源相控阵雷达、通信升级、智能驾驶和万物互联主导了微波技术革命式发展。
我国微波技术起步晚且前期发展慢，近年快速追赶差距逐步缩小。在一次世界大战后微波技术出现时，我国处于长期战乱和割据状态，错过了微波技术登台之初的黄金时期，直到建国后中国微波技术才开始起步，50 年代初期我国研制出第一台米波防空雷达，相较世界先进技术差距约二十年。
60 年代初微波技术重要性得到重视，相关产研教的系统性体系开始建立；80 年代伴随改革开放的脚步，我国微波产业开始加速赶超，直到近年在个别细分领域取得了世界领先的成就，行业整体差距也逐步缩小。
目前我国微波技术在高频器件、产业化和系统设计三个领域存在较大差距。相比国际一流水平，目前我国微波技术存在的差距主要集中在三个领域：
1、随着军用无线电设备的升级，以及民用 5G 通信及物联网的发展，微波器组件需要支持的频段显著升高，在高频微波器组件领域，我国与西方发达国家仍存在差距；
2、虽然我国在部分先进微波器组件的研发上取得突破，但产业化上仍存在不足，导致国产微波器组件在成本和可靠性上存在差距；
3、随着电子产品趋于小型化，微波器组件的供电、散热等问题愈发突出，对射频前端的系统设计提出了较高的要求，在这一点上我国也有较大的进步空间。
微波技术上的差距，导致我国微波产业竞争力较弱。我国微波技术相对世界先进水平整体落后，军用器件性能存在差距，同时民用产品国产化率较低。例如抗干扰通信领域，美国的战略防御计划(SDI) 实现了极高的设备通信率，通过大量信息实现抗干扰交换并且可以无障碍监测传输，其中高空监视传感器能实现同时监视 1500 个同时发射的导弹；而我国在解密技术、编码纠错技术等方面仍存在很大差距。
另外在电子战领域，美欧主要军事强国起步早，并在数十年间发展迅速。2016 年，美军推出世界首套认知电子战系统（SRx），提供自适应、可远程重新编程等功能，集成在手掌大小的模块中，并能实现全谱覆盖。
而国内对于下一代认知电子战的认识和重视程度不足，技术也整体落后。民品则由于起步晚、规模小、成本控制能力较差，难以打开下游市场，相关国产器组件市占率较低。
07
军民相控阵技术发展迅速，中国有望取得突破
相控阵雷达大量应用，带动微波器组件需求上升。相控阵雷达是由大量相同的阵元组成的雷达面阵，每一个阵元都可以控制其电流相位，通过控制阵元之间相位差来实现电子扫描。相控阵雷达使用密集天线阵列，可同时针对不同方向进行电子扫描，目前已成为列装主流。
在探测、电子对抗等领域，微波组件占据相关制造成本的 60%以上，市场空间巨大。我国已从雷达制造大国迈入雷达研发强国，目前处于大量使用单片微波集成电路的固态模拟有源相控阵体制阶段，并逐步向数字阵列雷达过渡，相控阵雷达大量使用发射单元也进一步带动了 TR 组件等微波器组件价值量占比提升。
有源相控阵雷达优于无源相控阵雷达，已成为军用相控阵发展方向。有源相控阵雷达是相控阵雷达的一种，区别于无源相控阵中，通过移相器改变发射机产生的高频信号，有源相控阵雷达的每个发射/接收组件（TR 组件），都能自己产生高频信号。
有源相控阵雷达凭借多功能、远距离、高精度、高灵活性、高可靠性以及优良的抗干扰能力等鲜明特征，性能上优于无源相控阵雷达。因此，有源相控阵雷达已成为当前舰载相控阵雷达、机载雷达、导弹导引头等的重要发展方向之一，得到世界军事强国的重点发展。
毫米波MIMO 技术在 5G 等民用领域得到广泛应用，也将提振微波器组件需求。毫米波是指 30～300GHz 频域(波长为 1～10mm)的电磁波，具有频谱宽、方向性好、可靠性高、波长极短的特点。伴随物联网和 5G 移动通信的飞速发展，频谱资源逐渐紧缺，开发利用毫米波频谱资源成为了第五代移动通信技术的重点。
、
为充分发挥毫米波优势，5G 基站广泛使用多输入多输出技术（MIMO），该技术指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，以改善通信质量，和相控阵技术有较高的相关关系，同样也将增加对微波器组件的需求。
中国相控阵技术发展较快，在军民领域应用中有望取得突破。由于历史原因，中国在真空电子管等技术上和欧美发达国家差距较大，这也导致中国无线电产业长期处于落后地位。
近年来随着无线电技术进步以及有源相控阵的普及，晶体管正在越来越多的领域替代真空电子管，在这一变革中，中国紧抓历史机遇，在晶体管技术上取得重要突破，也带动军民相控阵技术迅速发展。预计未来随着相控阵技术在军民领域应用逐步拓展，中国或将在射频领域实现弯道超车。
有源相控阵普遍应用于先进战机，单机微波器组件价值量提升
新型号战机加速列装，有源相控阵雷达应用增加。空军装备上，我国仍装备大量二代战机，作为主力机型的三代战机占比不足一半，而较先进的四代机占比极低，相比之下美国已完全淘汰二代机，四代机占比高达 15%；我国在多用途中型直升机、大中型运输机的结构占比以及教练机的配比上较美国也存在较大差距。
随着我军现代化建设加速，老旧装备更新换代，新型号战机加速列装。由于有源相控阵在性能上更优，追踪与搜索能力更强、具有更高的分辨率、抗电子干扰能力更强、具有高数据通信能力等，在新型号战机中有源相控阵雷达正逐渐取代无源相控阵雷达。
机载雷达向有源相控阵升级，微波器组件价值量上升。有源相控阵雷达的每个发射/接收组件（TR 组件），都能自己产生电磁波，因此雷达中电源模块、功率放大器等微波器组件用量显著高于传统体制雷达和无源相控阵雷达。
随着先进战机中机载雷达向有源相控阵雷达升级，单架飞机中微波器组件价值量上升，叠加新型号战机加速列装，机载领域微波器组件市场有望进入快速扩张期。
军用宽带频段较高，高频微波器组件占比或提升。随着国防信息化进程不断加深，包含图像、视频、语音、数据等在内的大容量信息流增多，只能支持低速率的数据服务的窄带数字集群通信系统，无法适应业务需求的变化，带宽大、速率高的宽带数字集群通信系统需求愈发强烈。
由于电磁波物理特性，大带宽的军用宽带需要使用频率较高的频段，军用宽带设备也需要配套高频微波器组件，高频微波器组件技术含量高生产难度大，其价格和适配的频段正相关。随着军用宽带的普及，我们预计军用通信领域高频微波器组件占比将提升，并带动单个设备中微波器组件的价值量增加。
线电设备广泛应用于电子对抗等领域，为微波器组件提供新增量
电子对抗重要性日益提升，我国加速追赶美俄等军事大国。随着国防信息化提升，制信息权已成为战争胜负的关键，电子对抗重要性日益提升。
新一代毫米波敌我识别系统问世，未来有望实现大规模应用。敌我识别即对目标敌我属性、类型的判别。传统敌我识别设备多依靠激光体质，毫米波体制因其抗干扰能力强、全天候工作的特性而脱颖而出，成为当下各国陆军敌我识别体系的主流。
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