国博电子研究报告:搭建TR组件研制平台,掌握多波段核心技术

(报告出品方/作者:国联证券,孙树明,熊军,叶鑫)

1.有源相控阵T/R组件及系列化射频集成电路国内领先

1.1.股权结构清晰,发展脉络清晰

国博电子产品主要包括有源相控阵 T/R 组件、射频模块、射频芯片等,覆盖军用 与民用领域,产品市占率国内领先,是国内面向各军工集团销量最大的有源相控阵 T/R 组件研发生产平台。2000 年 11 月,上海华信集成电路有限公司成立;2006 年 11 月,公司名称变更 为南京南迪讯电子有限公司;2010 年 9 月,公司名称变更为南京国博电子有限公司。

从设立初期至 2013 年,公司开发生产的 2G 移动通信用射频芯片开始进入相关设 备商的供应链。2014 年至 2017 年,公司研制了多款射频控制类芯片、射频放大类芯 片,成为移动通信基站中射频集成电路供应链中的国内领先企业。2018 年至今,公 司形成射频放大类芯片、射频控制类芯片、射频模块等系列产品,成为国内主流通信 设备制造商基站射频集成电路相关产品主要供应商。 2019 年,公司整合了中国电科 55 所微系统事业部,具备 100GHz 以下有源相控 阵 T/R 组件设计、开发、批产能力,极大提高了有源相控阵 T/R 组件产能,是国内有 源相控阵 T/R 组件的核心供应商。

公司控股股东为中电国基南方集团有限公司,持有公司 35.83%股份;实际控制 人为中电科,持有公司 55.46%股份。

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1.2.整体经营状况良好,板块业务协同发展

公司近年来营业收入及归母净利润保持增长趋势。2019-2021 年,营业收入分别 为 22.25/22.12/25.09 亿 元 ,同 比 增长 29.05%/-0.59%/13.40% ; 归母净 利 润 3.70/3.08/3.68 亿元,同比增长 45.61%/-16.01%/19.46%。公司主要产品为有源相控阵 T/R 组件、射频模块、射频芯片等,覆盖军用与民用 领域。各板块营收方面,与精确制导、雷达探测等领域相关的有源相控阵 T/R 组件板 块在 2019-2021 年营收分别为 13.43/14.22/16.91 亿元,整体保持稳步增长状态。与 移动通信基站等领域相关的射频模块板块及射频芯片板块,营收近两年来基本稳定, 2019-2021 年两板块合计营收分别为 8.55/7.63/7.82 亿元。

公 司 产 品 整 体 毛 利 率 保 持 平 稳 , 2019-2021 年 整 体 毛 利 率 为 32.69%/29.77%/34.68%。其中 T/R 组件板块毛利率 35.11%/31.43%/36.15%;与移动 通信基站等领域相关的射频模块及射频芯片板块,整体法计算两个板块的毛利率, 2019-2021 年分别为 29.51%/26.67%/30.29%。

公司有源相控阵 T/R 组件板块,其营收占 2021 年总营收的 67.41%。有源相控阵 T/R 组件是在雷达或通信系统中用于接收、发射相应频率的电磁波信号,并在工作带 宽内进行幅度相位控制的功能模块。T/R 组件一般由数控移相器、数控衰减器、功率 放大器、低噪声放大器、限幅器、环形器以及相应的控制电路、电源调制电路等组成, 是有源相控阵雷达实现波束电控扫描、信号收发放大的核心组件。

公司射频模块板块,其营收占 2021 年总营收的 17.54%。国博电子射频模块相关 产品主要包括大功率控制模块和大功率放大模块。其中,大功率控制模块通常位于通 信系统的最前端,用于实现信号收发间的切换;大功率放大模块的功能是实现基站发 射链路的信号功率放大,与功率控制模块共同组成了基站发射链路射频的最前端。公司射频芯片板块,其营收占 2021 年总营收的 13.63%。国博电子射频芯片相关 产品主要包括射频放大类芯片、射频控制类芯片。其中,射频放大类产品主要包括低 噪声放大器和功率放大器,可满足 2G、3G、4G、5G、WiFi 等移动通讯网络应用;射 频控制类芯片主要包括射频开关和数控衰减器,产品广泛应用于移动通信基站等通信 系统。

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2.多因素促进T/R组件发展,5G建设拉动射频器件需求

2.1.T/R组件技术迭代进步,应用范围广

2.1.1.技术迭代进步,T/R组件价格下降

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。

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。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。

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。 波段对有源相控阵雷达成本影响较大,通常情况下,雷达工作波段频率越高, 成本也越高。通常,对具有一个接收机和一个高功率发射机的无源相控阵雷达,不同 频率的相控阵天线成本差别较小,但发射机功率及成本差别却非常大。对采用 T/R 组件的有源相控阵雷达而言,每个 T/R 组件包括自己的固态发射机、接收机、移相器、双工器,频率对于其成本影响更大。T/R 组件成本随频率增高而加大,而功率和效率 往往越差。

技术迭代进步,T/R 组件价格下降 。对于成本组成而言,不同规模、不同频率、不同功率的有源相控阵天线的成本组 成不同,但统计数据可以看出其成本组成的基本情况。在实际工程中,有源相控阵天 线的成本中,T/R 组件的成本占比较高。

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第三代半导体材料 GaN(氮化镓)开始广泛应用,产品成本降低。砷化镓(GaAs) 单片微波集成电路制成的 T/R 组件已普遍应用于阵列天线中,技术相当成熟。随着宽 禁带半导体技术的进展,氮化镓(GaN)单片微波集成电路制成的 T/R 组件已开始用于 相控阵雷达中。通常情况下,相同体积的 GaN 集成电路的峰值功率相当于 GaAs 的 5~ 10 倍,平均故障间隔时间较长,同时成本降低 34%以上,效率高。能够产生更强的辐 射功率,从而提高探测距离,减小体积重量,增强装备的机动性和战场生存能力;缩 短维修间隔时间,从而提高雷达的可用时间。

采用“瓦片”型 T/R 组件,减少相关产品成本。21 世纪初,T/R 组件从“砖块” 发展到“瓦片”型,瓦式技术可以大幅减少印制电路板和连接器的数量,并能通过大 规模微波制造技术和封装工艺使有源相控阵天线成本降低,体积、重量、成本都下降 为“砖块”的 1/5。

减少芯片数量、提高多通道集成度,降低芯片成本。在瓦式构架设计的基础上, 有源相控阵天线可以通过减少芯片的使用数量、提高芯片的多功能和多通道集成度来 降低成本。通过在一块芯片里集成功率放大器、低噪声放大器、射频开关、移相器、 数字控制电路等,达到减少芯片数目、互连工序与连线、芯片电路面积等目的。一个 单片微波集成电路 T/R 组件往往包含多个 MMIC 芯片,通过 MCM 技术与分立器件集成 到基板上,最终封装形成 T/R 组件。多功能芯片将多个单功能 MMIC 实现的功能集成 到一个芯片中,有助于 T/R 组件减小体积,降低成本。

根据《雷达技术发展综述及多功能相控阵雷达未来趋势》介绍,2007 年,T/R 组件发展到 4 侧无引脚扁平封装,体积下降为“瓦片”型的 1/5、重量下降为原“瓦 片”型的 1/20、成本下降为“瓦片”型的 1/5;2008 年,从二维面板发展到三维面 板/集成电路,体积下降为扁平封装的 1/3、重量下降为扁平封装的 1/2、成本下降为 扁平封装的 1/2。 数字阵列相控阵天线技术的应用,有望降低相控阵雷达成本。通过将数字技术 与相控阵天线技术结合,在发射与接收模式下以数字波束形成(DBF)技术取代之前的 移相器、衰减器、波束形成网络等,产生数字阵列相控阵天线。对于数千阵元的大规 模有源相控阵天线,如果波束扫描完全依赖于后端的数字处理机和软件来实现,可以 降低上百万的成本。

基于 MEMS 集成的工业化技术也可降低制造成本。MEMS T/R 组件在低功耗方面表 现突出,能减轻相控阵扫描阵列的散热问题,延长其寿命。相比于传统 T/R 组件,MEMS T/R 组件的插入损耗低,故仅需要一般相控阵中 25%~50%的 T/R 组件数量即可满足天 线系统功能需要。

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2.1.2.相控阵雷达T/R组件应用范围广

星载:起源早,口径限制小,工作频率逐渐变高。 最早将有源相控阵天线应用于星载的是于 1978 年 6 月美国发射的海洋卫星 SEASAT-1,自此,各国开始了对星载有源相控阵天线的研究。上个世纪 90 年代后期, 星载有源相控阵发展迅猛,美、俄、德、英、法等 12 个国家组成的欧空局相继发射 了自己的有源相控阵卫星。

1994 年美国伴随航天飞机升空的 SIR-C/X-SAR 雷达同时拥有 C 波段和 L 波段微 带天线,以及 X 波段缝隙波导天线;其中 C 波段拥有 504 个 T/R 组件、L 波段有 252 个 T/R 组件。2002 年欧空局发射的地球环境检测卫星阿里亚纳 5 号上搭载的有源相 控阵天线,共 2840 个天线单元及 320 个 T/R 组件组成。2007 年加拿大发射的 RADARSAT-2 卫星,天线工作于 C 波段,共有 10240 个天线单元,512 个 T/R 组件星载相控阵雷达中,T/R 组件作为核心部分,一般要求体积小,重量轻的片式结 构,而且需要高的效率,以减少发热量,因为薄膜天线散热困难。T/R 组件从最初的 分立元器件组合不断发展,经过混合微波集成电路到单片微波集成电路,现在已可以 将多个器件集成在一个单片上,使得 T/R 组件体积小、重量轻、易于安装。

我国对星载有源相控阵天线的研究起步较晚,但进展较快,“北斗”系列卫星上 已有 S 频段相控阵天线服役。近年来,我国已进行了星载 Ka 频段有源相控阵天线子 阵以及部分样机的研制,并进行了电性能测试及热试验。考虑到未来军用星载市场规 模不断扩张;我们估计未来五年我国星载有源相控阵雷达市场约 120 亿左右,T/R 组 件市场约 60 亿左右。

机载:逐渐推广使用,发展迅速 。美国自 1964 年开始研究机载有源相控阵雷达,并在 20 世纪 90 年代初,在美国 第四代战斗机 F-22 上将 AN/APG-77 有源相控阵雷达成功进行了应用,使得有源相控 阵技术引入了机载火控雷达领域。AN/APG-77 天线阵面上有 1956 个 T/R 组件,每个 质量约 15g,输出功率 4W,能够快速改变雷达波束方向,达到几十纳秒级别,120° 方位和俯仰的扫描,搜索距离 160km。2005 年,装备于 F-35 战斗机上的 AN/APG-81 进行了试飞,天线阵面仅包含 1200 个 T/R 组件,质量大幅降低;其功能包括高分辨 率地图绘制、地面多目标跟踪等。

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技术优势明显,替换逻辑强。经过数十年发展,虽然脉冲多普勒雷达等传统雷达 的性能得到了极大提升,但由于受到天线机械扫描速度和集中式大功率发射机的发射 功率和可靠性等因素的限制,传统机载火控雷达的性能提升遭遇了众多瓶颈。而有源 相控阵机载雷达在作用距离、波束赋形及功能满足、高精度多目标跟踪、电子战及通 信能力、抗干扰和低截获能力、隐身需求等方面,都有着极其明显的性能优势;相控 阵由成百上千个 T/R 组件组成,少数单元失效对系统影响不大,可靠性大幅提升。

机载有源相控阵雷达相关型号产品可被多种机型所采用。根据《机载有源相控阵火控雷达技术》介绍,2008 年,雷神公司向波音公司交付了第 100 个 APG-79 有源 相控阵雷达,用于装备 F/A-18 战斗机和 EA-18G 战斗机。雷神将向美海军交付 473 部APG-79有源相控阵雷达,确定装配的型号包括:F-15C、F-15E、F/A-18E/F和EA-18G; 国际用户包括新加坡及澳大利亚,潜在客户包括印度。

根据《World air force 2021》分析,2020 年底,我国军机 3260 架,其中战斗 机 1571 架、运输机 264 架、战斗直升机 902 架、教练机 405 架、其余军机 118 架。 考虑到先进战机的列装,以及已有型号的升级改造需求迫切,有助于机载相控阵雷达 产业的发展;我们估计未来五年我国机载相控阵雷达市场约 130 亿左右,T/R 组件市 场约 65 亿左右。 弹载:天线口径小,工作频率较高,高成本制约发展。 弹载有源相控阵天线阵面安装于导弹前端腔体内,通常为圆柱状。弹载有源相控 阵天线的阵面在体积、重量、可靠性、散热、维护、储存以及环境适应性等各方面要 求苛刻。

相控阵雷达导引头具有合成功率大、扫描空域广、扫描频率高、作用距离远、波 束宽度可调、抗干扰能力强、多目标选择跟踪等优点;但发射功率、输出能力、功率 损耗和低噪声系数 T/R 组件的小体积集成等问题依然制约相控阵雷达导引头工程化。

隐身战斗机出现,促进弹载相控阵雷达由机械扫描向相控阵雷达转变。根据《相 控阵制导技术发展现状及展望》报告,以第三代战斗机为典型攻击目标,末制导的作 用距离一般为 15~20km,而 F-22A 为代表的第四代隐身战斗机的出现,导致现役防空 导弹末制导作用距离下降到 3~4km,难以有效完成攻击。以空空导弹为例,早期的美 国 AIM-120 空空导弹和俄罗斯 P-77 空空导弹等现役装备均采用了机械扫描主动雷达 制导系统。相控阵制导技术利用空间功率合成可实现大功率孔径积,在较小体积约束 下实现高平均功率,规避了传统雷达制导系统集中式大功率发射机的功率合成与大功 率传输等技术瓶颈,可使平均发射功率提高一个数量级以上,为远距离探测隐身目标 提供了基础。考虑到导弹体积及载荷能力的限制,占用空间更小的相控阵雷达导引头 成为了新一代对空拦截导弹导引头的发展趋势。

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弹载相控阵雷达天线口径小,工作频率较高。21 世纪初,通过 LCCMD 项目,雷 神公司提出了 ka 波段相控阵雷达导引头方案,并于 2004 年完成了口径 152mm 的导引 头样机。2003 年,英国奎耐特公司成功地进行了世界上首次相控阵雷达导引头天线 的闭环试验,其研制的X波段相控阵导引头原理样机在口径 80mm 下布置了 19 个天线 单元。弹径 178mm 的 Meteor 是欧洲导弹集团 MBDA 研制的一种新型超视距主动雷达空 空导弹,末制导段采用 Ku 波段的主动雷达导引头。高成本是制约弹载相控阵导引头工程应用的最大瓶颈。在相控阵天线生产成本 中,T/R 芯片成本所占比重最大;在实际工程应用重,不仅要考虑发射功率、噪声系数、幅相控制方式、气密封装和体积尺寸等性能指标要求,还要考虑加工集成等工艺 和测试等低成本制造实现技术。

导弹是现代战争最重要武器之一,也是国防现代化的标志。在建设现代化国防及 加强军队武器装备的过程中,发展导弹武器技术是一国的必经之路。考虑到全球范围 内隐身战机数量增多导致的防御装备升级需求,以及 T/R 组件降价导致的产品经济性 强,弹载相控阵雷达产品有望持续推广;我们估计未来五年我国弹载相控阵雷达市场 约 150 亿左右,T/R 组件市场约 75 亿左右。

2.2.基站建设持续发力,射频器件需求稳定

5G 是具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术,5G 通讯设 施是实现人机物互联的网络基础设施。5G 基站是 5G 网络的核心设备,其提供无线覆 盖,可实现有线通信网络与无线终端之间的无线信号传输。 根据新华社报道,目前我国 5G 网络基站数量达 185.4 万个,终端用户超过 4.5 亿户,均占全球 60%以上,全国运营商 5G 投资超过 4000 亿元。根据《“十四五”信 息通信行业发展规划》介绍,我国 2025 年信息通信基础设施累计投资将达到 3.7 万 亿元,每万人拥有 5G 基站个数将从 2020 年的 5 个增长到 2025 年的 26 个,增长速度 较快。

前瞻产业研究院认为,2020-2025 年是 5G 建设第一阶段,5G 基站建设以宏基站 为主,2020-2024 年是 5G 宏基站建设的高峰期;2026-2030 年是 5G 建设第二阶段,5G 针对垂直应用的建设以及小基站的扩容将一直持续到 2030 年,2025 年及以后是 5G 小基站建设的高峰时期。基站数量的稳步增加,可为公司射频器件及射频芯片未来发 展提供保障。

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3.技术能力强,手握订单多

3.1.技术能力强,产品系列全

T/R 组件:定制开发数百款产品 公司定制开发了数百款有源相控阵 T/R 组件,产品体积小、重量轻、性能优越。 国博电子建立了设计、工艺和测试三大平台,并基于此开发了小型化、多功能化、低 成本的 T/R 组件和射频模块。公司整合中国电科五十五所微系统事业部有源相控阵 T/R 组件业务,构建起 X 波段、Ku 波段、Ka 波段等的 T/R 组件设计平台、高密度集 成及互连工艺平台以及全自动制造及通用测试平台,具备 100GHz 及以下频段有源相 控阵 T/R 组件研制批产能力。公司基于高密度、高可靠工艺制造平台,已具备年产数十万通道有源相控阵 T/R 组件制造能力,是国内面向各军工集团销量最大的有源相控阵 T/R 组件研发生产平台, 除整机用户内部配套外,国博电子产品市场占有率国内领先。

射频模块:覆盖场景多。国博电子射频模块主要包括大功率控制模块和大功率放大模块。其中,公司的大 功率控制模块具有高功率、低插损、高隔离、高集成度等特点,可覆盖不同应用场景 下的功率容量要求;公司的大功率放大模块根据基站通信系统对功率放大器带宽、功 率、效率、可靠性等不同指标的要求,开发了不同功率的大功率放大模块,以满足不 同应用场景下的需求。公司的大功率控制模块和大功率放大模块多项关键性能指标处 于国际先进水平。

射频芯片:高集成度、高成品率。 国博电子射频芯片主要包括射频放大类芯片、射频控制类芯片。射频放大类芯片 方面,公司在相关领域有多年的技术积累,并针对 5G 基站的要求,展开核心技术的攻关工作,低噪声放大器及功率放大器类产品广泛应用于 4G、5G 移动通信基站中。 射频控制类芯片方面,公司的射频开关、数控衰减器具有高集成度、高成品率、高性 能等特点,主要电性能处于国际先进水平。

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3.2.手握大额订单,积极提高产能

公司手握大额订单,未来长期业绩有保障。公司 2022 年 7 月发布的招股说明书 中,披露 10,000.00 万元以上正在执行的订单,合同金额总计为 49.73 亿元,其中, 2021 年 9 月,公司与 A01 签订 T/R 组件业务合同,约定执行数量但未约定价格,按 照最新已执行订单价格作为执行价格预计该订单金额约 40.90 亿元。公司发布的招股说明书披露,公司拟募集 26.75 亿元,其中 14.75 亿元投入射频 芯片和组件产业化项目,项目中的硬件设备购置及安装投资额度为 8.00 亿元。公司 在已有的射频芯片、微波毫米波 T/R 组件和射频模块产品的基础上,进一步升级研发 射频芯片、模块和 T/R 组件领域相关技术,提高公司的研发生产能力。

3.3.T/R组件营收稳定增长,射频模块及芯片营收波动明显

公司主要营收及毛利由有源相控阵 T/R 组件板块贡献。有源相控阵 T/R 组件相 关板块 2021 年营收 16.91 亿元,占总营收比例为 67.41%;毛利为 6.11 亿元,2021 年占总毛利比例为 70.26%。板块 3 年营收 CAGR 为 16.12%,营收增速较为均衡。公司射频模块板块近年来营收波动较大。射频模块相关板块 2021 年营收 4.40 亿元,占总营收比例为 17.54%;毛利为 0.99 亿元,2021 年占总毛利比例为 11.38%。 板块 3 年营收 CAGR 为 32.05%,但营收波动较大;近 3 年毛利率分别为 47.61%/9.85%/22.49%。

公司射频芯片板块近年来营收逐步降低。射频芯片相关板块 2021 年营收 3.42 亿元,占总营收比例为 13.63%;毛利为 1.38 亿元,2021 年占总毛利比例为 15.85%。 近三年营收增速分别为 104.69%/-3.30%/-49.33%,近两年营收呈现下降趋势;近 3 年毛利率分别为 25.44%/28.86%/40.33%,近两年毛利率呈现上升趋势。

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4.盈利预测

营收方面,T/R 组件及射频模块板块,我们假设未来三年其板块营收增速可保持 在 23%-25%区间;射频芯片板块,营收近两年来持续下降,我们假设未来其营收可 保持不变。毛利率方面,T/R 组件、射频模块板块及射频芯片板块,参考 2021 年公 司各类产品毛利率进行取值。销售费用、管理费用及研发费用占营收比例方面,参考 2021 年公司相应比例进行取值。基于上述假设,我们预计公司 2022-2024 年实现营业收入 30.42/36.54/44.08 亿元,同比增长 21.24%/20.15%/20.62%,三年 CAGR 为 20.67%;净利润 5.06/6.02/7.23 亿元,同比增长 37.56%/18.81%/20.12%,三年 CAGR 为 25.21%,EPS 为 1.27/1.50/1.81 元/股。

(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

精选报告来源:【未来智库】

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