国防军工：T、R组件成本降低，有源相控阵雷达替代空间广

行业整体情况分析: 有源相控阵雷达市场占比小，替代空间大：相比于机械扫描雷达及无源相控阵雷达，有源相控阵雷达在功耗、分辨率、可靠性等方面均有优势，主要缺点是价格高昂。根据ForecastInternational分析，2010~2019年，全球有源相控阵雷达生产数量占雷达总数的14.16%，未来替代空间巨大。 T/R组件迭代发展多年，成本逐渐降低：T/R组件是有源相控阵雷达的核心部件，其各方面指标都会影响到相控阵雷达技术的发展；其成本可占有源相控阵雷达成本比例的60%。近年来，随着新材料的应用、产品结构形式的改善、工业化技术的应用推广，T/R组件成本逐渐降低，为产品广泛应用提供基础。 工作于高频的雷达逐渐推广：早期的有源相控阵雷达主要应用于陆基等领域，工作频率多为L波段等低频波段；近年来工作于高频的雷达逐渐推广，如美国先进极高频(AEHF-1)卫星工作在Ka波段、弹载LEAP相控阵导引头工作于W波段。 行业发展迅速，公司积极上市：统计10家T/R组件相关上市公司相关板块数据，营收过去3年CAGR为29.30%、毛利过去3年CAGR为26.94%。10家上市公司中，5家相关上市公司在2017年至2020年间完成了对相关业务子公司的收购；2021年至今，又有5家相关公司上市，行业蓬勃发展。 行业前瞻与投资建议 有源相控阵雷达市场替代空间大；T/R组件迭代发展多年，成本逐渐降低，为广泛应用提供基础；工作于高频的雷达逐渐推广；行业景气度高，我们看好有源相控阵雷达T/R组件行业未来发展，关注的公司包括：国博电子、雷科防务、铖昌科技、盛路通信、新劲刚、臻镭科技、霍莱沃。 风险提示 系统性风险；行业需求不及预期风险；产品研发进度不及预期风险；上游厂商供货不及预期风险；行业竞争加剧风险。 投资聚焦 研究背景 我国国防预算近年来稳步增长，从2010年的0.53万亿元增长到2022年的1.45万亿元；装备费占国防费的占比也不断增加，从2010年的33.2%增长到2017年的41.1%，为有源相控阵雷达为代表的先进、高价值装备应用奠定了经济基础。 有源相控阵雷达T/R组件相关公司，5家相关上市公司在2017年至2020年间完成了对相关子公司的收购；2021年至今，又有5家相关公司上市，行业蓬勃发展。 创新之处 分析了有源相控阵雷达T/R组件成本逐渐降低的影响因素； 分析了有源相控阵雷达波段的选择； 分析了星载、机载、弹载、车载、舰载相控阵雷达特点及市场空间； 分析了相关公司上市情况及近年来营收增长情况。 核心结论 1，T/R组件是有源相控阵雷达的核心部件，占其成本比例较高；随着技术迭代进步，T/R组件价格下降，为其大规模应用提供基础； 2，工作于高频的雷达逐渐推广。早期的有源相控阵雷达主要应用于陆基等领域，工作频率多为L波段等低频波段；近年来工作于高频的雷达逐渐推广，如美国先进极高频(AEHF-1)卫星工作在Ka波段、弹载LEAP相控阵导引头工作于W波段； 3，行业发展迅速，国内统计10家T/R组件相关上市公司相关板块数据，营收过去3年CAGR为29.30%、毛利过去3年CAGR为26.94%。相关的10家上市公司，其中5家相关上市公司在2017年至2020年间完成了对相关业务子公司的收购；另外5家在2021年之后完成上市； 4，有源相控阵雷达市场替代空间大；T/R组件迭代发展多年，成本逐渐降低，为广泛应用提供基础；工作于高频的雷达逐渐推广；行业景气度高，我们看好有源相控阵雷达T/R组件行业未来发展，关注的公司包括：国博电子、雷科防务、铖昌科技、盛路通信、新劲刚、臻镭科技、霍莱沃。 1有源相控阵雷达应用广泛，T/R组件为核心元器件 1.1有源相控阵雷达：组成复杂，性能优越 相控阵雷达，即电子扫描阵列雷达（AESA），是指一类通过改变天线表面阵列所发出波束的合成方式，来改变波束扫描方向的雷达。有源相控阵雷达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；由于其相控阵面包含有大量的有源部件，所以称为有源相控阵雷达。 图表1：有源相控阵雷达组成及T/R组件所处位置 图表2：AN/APG-77有源相控阵雷达硬件及连接图 图表3：AN/APG-77有源相控阵雷达组成框图 相控阵雷达采用电的方式控制雷达波束的指向变化来进行扫描，即电扫描。相控阵雷达通过电子计算机控制移相器改变天线孔径上的相位分布来实现波束在空间的扫描，从而完成对空搜索。针对远距离目标搜索，虽然看不到天线的转动，但各个辐射器通过电子计算机控制集中向一个方向发射、偏转，观察距离甚至可达上万公里； 针对近距离目标，辐射器又可以分工负责，产生多个波束，有的搜索，有的跟踪，有的导引。 图表4：相控阵雷达的原理框图 有源相控阵雷达市场占比小，替代空间大。根据Forecast International分析，2010~2019年，全球有源相控阵雷达生产数量占雷达总数的14.16%，销售额占总雷达行业总金额比例为25.68%。整体来看，有源相控阵雷达的市场占比依然较小，替代空间巨大。 图表5：2010~2019年全球各类雷达生产数量占比 图表6：2010~2019年全球各类雷达销售金额占比 1.2相控阵天线：有源相控阵雷达最重要组成部分 有源相控阵天线是有源相控阵雷达最重要的组成部分。有源相控阵雷达承担了传统脉冲多普勒雷达的天线、发射机和接收前端的功能。除了传统雷达天线具有的波束形成和波束扫描功能外，有源相控阵天线的功能还包含发射信号功率放大和接收信号低噪声放大。有源相控阵雷达工作方式的灵活性首要取决于有源相控阵天线的性能，有源相控阵雷达的成本很大程度上取决于有源相控阵天线的成本。 有源相控阵天线由辐射单元、T/R组件、电源模块、控制模块、射频网络模块、供电网络、液冷管网以及作为结构支撑的阵面骨架等组成。其结构既具有电子设备结构的特征，又具有独特个性，涉及学科包括机械、电子、材料、微电子、工业设计等，是典型的机、电、热等多学科交叉的技术成果。 图表7：有源相控阵天线示意图 图表8：有源相控阵天线工作原理示意图 有源相控阵天线阵面在总体设计时采用“自顶向下”的系统方法进行设计，根据功能需求，对阵面采用迭代优化的方法进行模块划分。大阵可以被合理的分为多个子阵面，每个子阵面包含多个有源子阵，从而使得有源相控阵天线阵面具有可重复，可扩展的功能。 图表9：有源子阵系统的基本组成 1.3T/R组件：指标繁多，对有源相控阵雷达发展影响巨大 指标繁多，原理复杂 有源相控阵雷达T/R组件（即收发组件）是有源相控阵雷达的核心部件，位于相控阵雷达有源子阵射频前端，主要包含收发两个通道，完成发射信号到阵元的末级功率放大和接收的前级放大，实现阵面的幅相修正和波束扫描等功能。 图表10：典型的相控阵雷达T/R组件 图表11：T/R组件微系统概念示意图 T/R组件的功能包括产生和放大发射频信号、放大接收信号、实现天线波束控制等；技术指标包括工作频率（包括发射激励及接收本振、接收中频）、工作体制、工作比、相移位数、相移精度、发射间隔度、输出射频功率、输出功率带内起伏、上升沿、下降沿、接收增益、总效率等。T/R组件各项技术指标具体值的设定，由任务书的总体要求分解获得。 图表12：T/R组件的研制要求 T/R组件随系统性能要求各有不同，电路的具体设计也有很大差异，但一般由移相器、射频T/R开关、功率放大器、限幅器、低噪声放大器、环形器以及控制电路组成，可实现收、发状态之间的快速切换。 图表13：T/R组件基本结构 根据《S波段有源相控阵雷达TR组件研究》介绍，发射支路方面，主要由收发转换开关（激励口）、数控多态移相器、数控多态衰减器、固态微波功率放大器和功率环行器（或功率开关）等组成。在配置T/R组件发射通道时，通讯控制电路会接收雷达上位机的波控信号；发射激励信号到来之前，先将收发转换开关转换至发射支路。 之后发射射频激励信号需经过收发转换开关、数控功率移相器、数控功率衰减器和固态微波功率放大器等器件进行输出幅度和插入相位控制，最后经环行器（或开关）馈至天线辐射单元。 接收支路，主要由功率环行器（或功率开关）、功率限幅器、低噪声微波放大器（LNA）、镜像抑制混频器、中频信号滤波放大电路、收发转换开关等组成。当雷达上位机发出波控指令后，控制电路首先将收发转换开关快速切至接收支路，天线回波的微弱接收信号经环行器（或开关）进入接收支路，之后经过限幅器、LNA、镜像抑制混频器、中频放大器、收发转换开关，完成对接收信号的放大。 此外，T/R组件还包括其他必要的电路。这些电路与T/R组件集成设计，缩短和减少T/R组件的电源及控制走线，同时提高信号的质量和稳定性。其中，通讯电路采用高速同步串口方式，按照约定协议，接收上位机的指令，并回送组件的状态和故障信息。控制电路按照接收到的指令，配置相应的移相和衰减态。监视和保护电路是对组件的工作状态进行监测，使其稳定、安全可靠的工作在设定状态，如果超出组件正常工作条件，自保电路切断供电，对组件进行自我保护，并将故障上报给上位机。电源调制电路是为了提高收发隔离度以及发射效率，对收、发支路的供电进行快速脉冲调制，使其在收发转换脉冲高电平期间对发射支路进行供电，而在低电平期间关断； 接收支路反之。 图表14：T/R组件工作原理 发展历程长，迭代进化 T/R组件由早期的分立T/R组合向多通道、高集成有源子阵发展。早期的T/R组件设计是自下而上，即根据已有底层元器件的性能，规划组件设计的水平，从而完成模块研制；阵面则根据组件的特点平衡系统性能。新型T/R组件的设计是从雷达实际需求出发，自上而下的进行指标分解设计。因此，新型T/R组件与传统的T/R组件设计有着本质的区别。 图表15：T/R组件发展历程 T/R组件发展趋势包括：1)向具有多收发通道综合一体化有源子阵的方向发展； 2)有源子阵在整体构架上变薄，制造以及测试方面价格降低；3)在电性能方面，支持从微波到毫米波的宽频带或多频段，发射的功率密度提升；接收时，在最小功耗的同时噪声系数非常低；4)系统框架方面，能够将阵面规模从极小到极大的组合能力，且在性能及成本方面无损失。 有源相控阵雷达核心部件，对其发展影响巨大 T/R组件性能由雷达或天线总体任务书的具体要求确定。根据任务书，确定T/R组件方案，分析和设计关键技术，并通过实验或仿真计算，评估关键技术和难度，最终确定T/R组件的电气性能、可靠性要求、体积与重量、成本等参数。 T/R组件对有源相控阵雷达发展影响巨大。T/R组件的各方面指标都对相控阵雷达技术的发展具有影响，其性能指标直接决定了相控阵雷达技术水平，其重量、体积直接影响到雷达的小型化发展，而可靠性和成本决定了相控阵雷达的应用前景。 T/R组件是有源相控阵雷达的核心部件。根据《雷达系统导论（第三版）》介绍，机载相控阵雷达中，T/R组件（以及辐射单元）数目可能有1000至2000个，舰载对空防御T/R组件数目可能有4000至8000个。根据《有源相控阵雷达T/R组件研制》介绍，S或C波段地基相控阵战术雷达通常由几个阵面组成，每个也要1万量级的T/R组件，一部L波段的星载有源相控阵要用2~10万个组件，战术飞机预警机上组件也上万个。以美国为例，其战场高空区域防御系统（THHAD）的X波段地基相控阵雷达使用了25344个T/R组件，以及其火炮定位系统（CDBRA）的C波段地基相控阵雷达，使用了2700个T/R组件，可以说有源阵就是用T/R组件堆砌起来的。根据《机载有源相控阵火控雷达技术》介绍，T/R组件阵列可占整个雷达造价的60%左右。 1.4有源相控阵雷达技术优势明显 相较于传统的机械扫描雷达以及无源相控阵雷达，有源相控阵雷达有许多优点。 分辨率方面，有源相控阵雷达的分辨率较无源相控阵雷达提升较多，从而大大提高雷达的抗干扰能力；可靠性方面，由于有大量的T/R组件，当T/R组件发生故障的数量在10%以