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解读：相控阵TR组件产业链（上）

发布时间：

2024-06-03

相控阵体制雷达已基本普及，弹载是新的增量相控阵雷达及其优势雷达技术是一种关键的电子技术，它通过发射和接收电磁波来探测和确定目标的位置、速度和其他关键特性。在1935年9月，英国科学家RA沃森瓦特成功研发了第一台脉冲雷达，该雷达能够以12兆赫的频率工作，探测距离…

相控阵体制雷达已基本普及，弹载是新的增量

相控阵雷达及其优势

雷达技术是一种关键的电子技术，它通过发射和接收电磁波来探测和确定目标的位置、速度和其他关键特性。在1935年9月，英国科学家R·A·沃森·瓦特成功研发了第一台脉冲雷达，该雷达能够以12兆赫的频率工作，探测距离达到64公里。随着第二次世界大战的爆发，雷达技术得到了飞速发展，其应用范围也从最初的对空警戒扩展到了引导、截击、火控、轰炸瞄准和导航等多个领域。

雷达的工作频率会根据不同的应用场景而有所不同。目前，X-Band以下的频率是最常用的，其中L-Band主要用于导弹预警，S-Band是舰载警戒雷达的标准频率，C-Band则被广泛应用于气象监测雷达，而X-Band则主要被机载雷达所使用。

相控阵雷达是一种由众多相同的辐射单元组成的雷达面阵，它能够快速切换波束，具备强大的抗干扰能力，并且能够同时跟踪多个目标，因此它具有多功能和高可靠性的特点，正在逐步取代传统的机械扫描雷达，成为现代雷达技术的主流。相控阵雷达可以根据天线类型的不同分为无源相控阵雷达和有源相控阵雷达。无源相控阵雷达只有一个中央发射机和一个接收机，它通过计算机控制将高频能量分配给天线阵的各个单元，而目标反射信号也是通过这些单元统一接收和放大。相比之下，有源相控阵雷达的每个天线单元都配备了独立的发射/接收组件（TR组件），这意味着每个单元都能够独立发射和接收电磁波，因此在频宽、功率、效率和冗余设计方面，有源相控阵雷达相比无源相控阵雷达有着显著的优势。

航空、海军和陆军领域，相控阵雷达技术已经广泛应用

在航空、海军和陆军领域，相控阵雷达技术已经广泛应用，成为雷达技术发展的关键趋势。这种雷达以其快速扫描能力、强大的抗干扰性能和高度可靠性而著称。

在地面警戒雷达系统中，美国的AN/FPS-108、AN/FPS-123和AN/FPS-132等远程警戒雷达系统，以及AN/TPS-59、AN/TPS-63、AN/TPS-73和AN/TPS-80等可运输式警戒雷达系统，都是地面警戒雷达领域的代表。这些雷达系统正朝着多功能化方向发展，例如诺·格公司的AN/TPS-80地空多任务雷达，采用有源相控阵技术，能够应对多种威胁，包括固定翼飞机、直升机、巡航导弹、无人机系统，以及火箭炮、火炮和迫击炮等。该雷达采用了最新的网络和数字化波束形成技术，能够执行多种任务，并将多个雷达系统的空中监视、防空和反火力目标获取能力整合到一个系统中，大大降低了运维成本并简化了训练过程。

此外，新一代的AN/TPS-80雷达采用了先进的大功率、高效的氮化镓天线技术。诺·格公司在2018年向美国海军陆战队交付了首部采用GaN天线的AN/TPS-80地空多任务雷达。

在国内防御领域，多款先进的警戒雷达系统已经采纳了相控阵技术。其中，YLC-8B机动式预警相控阵雷达是我国自主研发的先进防空预警系统，代表着我国第四代雷达技术。该雷达系统在反隐身能力方面表现出色，被视为反隐雷达的领军产品。它能够有效探测多种类型的目标，并具备远距离探测、高分辨率、强抗干扰等特性，其性能指标在国际同类产品中处于领先地位。YLC-8B雷达系统能够为作战指挥、拦截武器系统以及空军部队提供全面的情报支持，并具备出色的情报综合和独立引导能力。

在美国海军的舰载雷达技术领域，AN/SPY-2是一种先进的固态多功能有源相控阵雷达系统，它被设计成为下一代主要的舰载雷达系统。这种雷达系统以其大的功率孔径和高的分辨率而著称，能够执行AN/SPY-1雷达的全部任务，并且具备在更远的距离上探测和识别来袭的弹道导弹目标的能力。

美国海军正在开发一种名为“防空反导雷达”(AMDR)的新型双波段固态有源相控阵雷达系统，这种雷达由洛克希德·马丁公司、诺斯罗普·格鲁曼公司和雷声公司共同研发。AMDR计划被装备到第三代“阿利·伯克”级(DDG-51)驱逐舰中。这种雷达系统具备检测和跟踪多种威胁的能力，包括弹道导弹、战斗机以及超声速和掠海飞行的反舰导弹。

在航空领域，美国的机载雷达系统正在经历从传统机械扫描向有源相控阵技术的过渡。这一转变体现在各种战斗机型上，无论是先进的第四代战斗机F-22 Raptor还是F-35 Lightning II，还是第三代战斗机如F-15 Eagle、F-16 Fighting Falcon和F-18 Hornet，都已经开始采用有源相控阵雷达技术，显著提升了它们的探测能力。

传统的三代机装备的多模脉冲密度雷达（PD雷达）受到体积、重量、散热能力和耐高压能力的限制，其平均功率通常只有几百瓦。例如，APG-68雷达就是这种限制的典型代表。然而，随着技术的进步，许多三代机雷达已经通过硬件升级转变为有源相控阵雷达。这种体制上的升级使得三代机雷达的功率孔径积（PAPR）得以线性增长，从而推远了探测距离，有效地与四代机相抗衡。

具体来说，美国的F-15、F-16和F-18战斗机分别升级到了相控阵雷达AN/APG-82、AN/APG-83和AN/APG-79/79(V)。以AN/APG-79为例，它的TR组件数量大约有1000个，内部噪声降低了大约4dB，而且双向传输损耗比机械扫描雷达低了5dB以上。因此，AN/APG-79的探测距离通常是该机型之前装备的机械扫描雷达的1.5倍，并能执行空空、空地、空海和导航等多种作战功能。

与三代半战机的雷达相比，四代机的雷达通常拥有更多的TR组件（超过1500个），以及更大的功率孔径积。这使得四代机雷达的探测距离增加了超过50%。例如，F-18E/F的APG-79雷达能够对σ=1m²的目标探测距离达到110km，而F-22A的APG-77雷达对同等尺寸目标的探测距离可达180km。

弹载相控阵正在走向成熟

随着技术的进步，弹载相控阵系统正在逐渐成熟，并成为精确制导武器领域的一个重要趋势。作为精确制导武器的核心组件，导引头扮演着“眼睛”的角色，它能够将导弹与目标紧密地联系起来，并提供它们之间的相对运动信息。导引头的性能直接影响着精确制导武器的发展方向，同时也是整个武器系统中价值量最高的部分。根据《防空导弹成本与防空导弹武器装备建设》的研究，导引头和动力装置的成本占据了导弹总成本的40%至60%。

导引头根据使用的探测系统不同，主要分为光学制导和雷达制导两种类型。雷达导引头的技术不断演进，而有源相控阵雷达导引头因其高灵敏度、强大的信号处理能力和高可靠性等优点，预计将逐渐成为弹载武器的一个关键增强器。据公开资料透露，美国正在开发一种新型远程空空导弹AIM-260，并且有报道称这种导弹将配备先进的有源相控阵制导系统。目前，尚无其他国外先进的制导武器被报道配备有源相控阵制导系统。在这方面，我国在有源相控阵微系统在弹载领域的应用上具有一定的领先优势。

TR 组件是有源相控阵的核心组成

相控阵天线占相控阵雷达成本的一半以上

有源相控阵雷达系统由众多辐射器组成，这些辐射器按照特定的布局排列，每个辐射器的后端都连接到一个独立的active phased array TR组件。在波束形成器的控制下，对这些信号的幅度和相位进行精确的加权处理，从而实现波束在空间中的精确扫描。因此，有源相控阵TR组件的性能参数直接影响着相控阵雷达系统的工作距离、空间分辨率和接收灵敏度等关键性能指标。

此外，有源相控阵雷达需要大量的TR组件共同构成有源相控阵阵面，因此，这些TR组件的性能也进一步决定了有源相控阵雷达系统的体积、重量、成本和功耗。根据国博电子的招股书，有源相控阵雷达的成本较高，据统计，有源相控阵雷达天线系统的成本占雷达总成本的70%-80%，而TR组件占据了有源相控阵雷达天线成本的大部分。根据雷电微力的招股说明书，有源相控阵雷达中天线微系统的成本占比超过50%。总的来说，相控阵天线成本占相控阵雷达整机成本的一半以上。

有源相控阵天线的核心构成部分是安装在每一个天线单元中的TR组件，这些TR组件充当了雷达的发射和接收前端。随着先进工艺的应用，TR组件的大规模生产和成本不断下降，这为有源相控阵雷达技术的进步提供了坚实的技术支持。

针对不同的应用环境和性能需求，有源相控阵TR组件的具体结构可能会有所不同，但它们的基本结构是相似的，包括数控移相器、数控衰减器、功率放大器（PA）、低噪声放大器（LNA）、限幅器、环形器等，以及相应的控制电路和电源调制电路。

TR组件

根据国博电子的招股说明书，2019至2021年间，国博电子的TR组件和射频模块业务总营收达到了51.40亿元。在销售价格构成中，直接材料占据了51.21%，达到了26.32亿元；直接人工占比为4.51%，总额为2.32亿元；制造费用占比为10.68%，总额为5.49亿元。在这三年间，公司的TR组件和射频组件整体毛利率为33.29%。

在分析公司2019至2021年的采购数据时，我们发现公司总共采购了价值30.59亿元的产品。在这些采购产品中，芯片的金额占据了最大比例，高达17.35亿元，占总采购价值的56.72%；紧随其后的是电子元件，占比为13.01%；结构件和连接器的占比分别为10.40%和3.04%。

如果我们假设公司直接材料中各产品的比例与过去三年的采购产品价值占比相同，那么国博电子的TR组件及射频模块的芯片成本占到了其销售收入的29.05%，而其他原材料，包括电子元件、结构件和连接器等，总共占据了22.16%的比例。制造费用和直接人工的成本占比为15.19%，而毛利占比则达到了33.29%。

随着有源相控阵技术在无线通信、探测制导等领域的不断进步，无线电子信息系统的功能变得越来越复杂，对单位载荷的功能密度需求也在显著提升。因此，多功能、多模式、高密度集成化已经成为新一代先进系统的发展趋势。这一趋势预计将大幅增加对小型化和轻量化TR组件的需求。同时，微波毫米波异构集成、三维堆叠、封装型天线和片上天线等新型高密度集成技术的应用，也将进一步推动有源相控阵技术的发展。

TR 组件的生产及其难点

相较于一般电子产品的生产工艺，微波组件的制造过程更为复杂且多样化，通常需要数十种不同的工艺步骤才能完成一个微波组件的制造。

以国博电子为例，在装配工艺方面，公司已经实现了接头、基板、管壳等部件的定制设备流水线自动化装配，其装配精度达到了0.05mm以内；在钎焊工艺方面，国博电子能够在120℃至350℃的温度范围内，实现多合金系统、多温度梯度（超过5段）的钎焊工艺；在贴装工艺方面，公司能够进行高精度元器件的混合自动化贴装，以及异形器件的贴装工艺；在微组装工艺方面，国博电子掌握了高精度芯片粘接和引线键合工艺，能够进行窄间距多芯片的贴装、近壁-深腔-短距键合工艺；在封装方面，公司拥有多种封装工艺技术，包括射频微波组件的气密封装能力，其密封等级达到了10^-9 Pa·m^3/s；在检测方面，国博电子具备了微米级的高精度检测分析能力。生产TR组件所需的生产设备包括贴片机、网络分析仪、键合机等。截至2021年底，国博电子的机器设备原值为5.14亿元，其中贴片机占1.07亿元，网络分析仪占1.02亿元，键合机占0.58亿元。

以雷电微力为例，在生产自动化方面，公司的生产部门自2015年以来，逐步引入了全自动贴片机、全自动金丝键合机、自动水清洗设备、等离子清洗机等自动化设备。2015年之前，公司的金丝键合机全部为手动操作，但从2015年开始，公司引入了超过10台全自动金丝键合机，使得相关工序的产能提升了50倍以上。截至2021年底，雷电微力的机器设备原值为0.69亿元。

TR 组件产业链及其竞争格局

TR 组件产业链

在TR组件的产业链中，上游环节主要涉及芯片、结构件、元器件等基础材料的生产；中游则是TR组件的制造以及相控阵天线的集成与测试；下游则涵盖了雷达、通信、电子对抗等多个应用领域的整机制造。

TR组件的关键套片是其核心原材料，包括功率放大器、低噪声放大器、射频开关、幅相控制器等。在这些套片中，功率放大器的价值占比最高。TR组件制造商可以选择外购套片，也可以进行自主研发。通常，TR组件的设计厂商需要制定芯片的性能指标，并可以自行设计芯片，或者委托其他公司进行设计，或者直接购买现成的芯片。

TR 组件产业模式

在产业模式方面，TR组件的市场主要分为两种：一种是整机单位内部配套模式，另一种是对外采购模式。一些整机厂商由于有源相控阵TR组件的需求，并且自身技术体系较为成熟，建立了TR组件的生产研制平台，以满足内部科研和定制化生产的需求。然而，由于这种内部配套模式主要服务于整机厂商的内部定制化需求，因此在成本控制上并不具备优势，而且采用这种模式的整机厂商相对较少。另一种模式是，部分厂商专注于整机的研发，基于专业化分工的考虑，选择外购专业公司的TR组件产品。这种外购模式有助于实现规模效应，提升TR组件行业的技术和工艺水平。

在国内，大型雷达研究所如电科14所、电科38所、航天二院23所等都拥有自己的TR组件生产线。在弹载和机载雷达领域，由于相控阵技术的应用相对较晚，一些弹载和机载雷达总体单位目前主要依赖外购TR组件。

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