【华泰通信王林团队】和而泰：毫米波芯片龙头的重估

毫米波芯片龙头价值有望重估，低轨卫星+5G打开成长空间

毫米波芯片龙头

有源相控阵雷达（AESA）是雷达技术的皇冠 。根据国防建设等方面的需求，传统的雷达系统已不能满足多目标搜索、多目标跟踪和远距 离监视等要求，基于相控阵技术的相控阵雷达应运而生。相控阵雷达是由多个天线单元组成的阵列天线，每个天线单元都带有一个移相器，通过控制各路移相器的相位分布可以改变天线波 束的形状，在高速运动目标跟踪、多目标跟踪等方面具有特别的优势，成为当今雷达发展的主流，尤其是进入新世纪以来，是否装备有源相控阵雷达更是成为衡量世界各国新型战斗机作战能力高低的标准之一 。

T/R 组件是相控阵雷达的核心部件，而 T/R 组件底层核心技术是毫米波芯片。 发射/接收组件（T/R组件）是有源相控阵雷达的关键部件，很大程度上决定了雷达性能优劣，T/R组件的成本约占整个相控阵雷达系统造价的一半左右。每个T/R组件包括了数字移相器、波束控制电路、高功率放大器、滤波器、低噪声放大器（LNA）等。T/R组件底层核心芯片是数字移相器、波束形成（DBF）和功放芯片，由于数字移相和波束控制为数字芯片，主要为CMOS工艺；而核心芯片功放芯片属于射频应用类的数模混合芯片，因为高频、高压的要求需采用化合物半导体工艺，主要有GaAS、GeSi、GaN工艺，该芯片的性能直接决定了T/R组件的性能 。

铖昌科技的毫米波芯片技术在国内具有较强稀缺性。 和而泰子公司--浙江铖昌科技有限公司在微波毫米波射频T/R芯片方面拥有自主设计、研发等核心竞争力，致力于为客户提供微波毫米波射频芯片的全套解决方案。公司创始人郁发新先生作为铖昌科技负责人，毕业于哈尔滨工业大学电子与通信工程系，师从两院院士、雷达与信号处理技术专家、国家最高科学技术奖获得者刘永坦教授。公司下设铖昌微波毫米波芯片技术省级重点企业研究院，是国内从事微波毫米波射频芯片研制的主要民营科技力量 。

国内 T/R 组件研制技术较为先进的单位以国防重点院所为主，如中电 13 所、 55 所等，铖昌科技依托自身在 IC 领域的核心技术能力，攻克了模拟相控阵雷达 T/R 芯片组件核心技术问题，有效解决了模拟相控阵雷达 T/R 芯片组件高成本问题，使有源相控阵雷达在我国大规模推广应用成为现实， 其产品已经批量应用于星（卫星）载、弹（导弹）载、机（有人、无人飞机）载雷达设备 。公司主要芯片包括 GaAs 功率放大器芯片、 GaN 宽带大功率芯片、 GaAs 低噪声放大器芯片、 GaAs/Si 基多功能芯片、数控移相器芯片、数控衰减器芯片等 。

毫米波技术将从军用雷达延伸至5G应用

过去，由于毫米波缺乏市场实际需求，而且存在传播损耗大、覆盖范围小、元件造价高等问题，毫米波并未得到广泛应用。但在 5G 时代，毫米波则被提到重要的位置，究其原因，我们认为主要有以下几点：

1、 中低频段的频谱资源不充足

在2G、3G、4G的发展过程中，由于6GHz以下频段在广域覆盖方面的优势，这部分频谱被大量使用，甚至还存在一些频谱冲突，大带宽频段资料匮乏。为了更好地建设5G网络通信，满足5G对大带宽频谱资源的需求，各大厂商把目光对准了毫米波频段。毫米波频率范围26.5～300GHz，带宽高达273.5GHz，并且尚有很大的可开发利用的空间，大大弥补了5G通信建设在频谱资源短缺方面的问题。

2、 5G 对大带宽高速率的需求

5G对数据传输速率的要求较4G大幅提高，需要大带宽作为支撑。通常而言，无线传输增加传输速率一般有两种方法，一是增加频谱利用率，二是增加频谱带宽。以往，基于sub 6GHz频段的4G LTE蜂窝系统可以使用的最大带宽是100MHz，数据速率不超过1Gbps。而在毫米波频段，以28GHz频段为例，其可用频谱带宽达到了1GHz，而60GHz频段每个信道的可用信号带宽则为2GHz。在频谱利用率不变的情况下，5G时代选择使用毫米波频段，直接通过带宽翻倍同样可以实现数据传输速率的翻倍。

3、毫米波传输方向性好，传输效率高

除了具有大带宽高速率的优势外，毫米波波束窄、方向性好，有很好的空间分辨力，使得传输效率得以提高。毫米波链路投射非常窄的波束，在相同天线尺寸下毫米波的波束要比微波的波束窄得多。例如一个12cm的天线，在9.4GHz时波束宽度为18度，而94GHz时波速宽度仅1.8度。这使得运营商可以部署紧邻的多个独立链接而不会互相干扰，毫米波链路的可扩展性得以提高。

4、毫米波通信安全可靠性强，传输质量高

从安全性来讲，由于毫米波在大气中传播受氧、水气和降雨的吸收衰减很大,毫米波通信传输距离短，增加了窃听和干扰的难度；同时毫米波的波束很窄，也降低了被截获的概率。从可靠性来讲，虽然毫米波受氧、水气和降雨的影响大，但对降雨、沙尘、烟雾和等离子的穿透能力却要比大气激光和红外强得多，这种特性保证了毫米波通信的全天候通信能力。

5、毫米波与massive MIMO技术的完美结合

天线的物理尺寸正比于波段的波长，而毫米波波段的波长远小于传统6GHz以下频段，相应的天线尺寸也比较小，因此毫米波系统更容易小型化。比如900M GSM天线的长度是几十厘米左右，而毫米波天线可能只有几毫米。而massive MIMO技术则要求增加天线数量补偿高频路径损耗，在毫米波系统下，同样的空间可装载更多的高频段天线数量，使得massive MIMO技术的应用成为可能，massive MIMO技术的应用反过来弥补了毫米波高频段传输的高损耗等不足之处。

5G毫米波能够实现很多4G无法提供的业务，扩大了5G的应用范围和发展空间。 借助毫米波的优势，5G时代将有很多4G无法支撑的业务得以落地实现，比如VR/AR、高清视频、自动驾驶、短距离雷达探测、密集城区信息服务、工厂自动化控制、远程医疗等，大大拓展了5G的应用范围和发展空间。 5G毫米波技术在逐渐发展完善之中，各大运营商积极进行毫米波频段相关测试和应用。 包括美国Verizon、日本NTT、英国Arqiva、中国移动、加拿大Telus、韩国KT在内的运营商已经开始测试和应用毫米波5G系统，取得积极进展。早在2017年7月工信部已批复毫米波频段24.75~27.5GHz和37~42.5GHz用于5G技术研发测试，国内运营商也在积极进行毫米波频段的测试，19年7月中国移动表示预计2022年实现5G毫米波的商用部署。

毫米波技术是一个典型的军民两用技术，公司有望借助 5G 打开民用市场。 5G 毫米波关键技术来源于相控阵雷达技术，相控阵雷达的核心技术主要是数字移相技术、 massive-MIMO 技术以及波束成行技术，而这些技术都是支撑 5G 毫米波大规模使用的底层技术。同时毫米波技术使得器件越来越小型化，由于毫米波高频、高压、大电流的特性使得对化合物半导体工艺要求越来越高，第三代化合物半导体 GaN 技术被各大射频厂商采用，而国内功率半导体 GaN 做得较好的都是国内给军方提供毫米波技术的公司。我们认为，子公司铖昌科技能够提供毫米波解决方案，同时具有 GaAs 功率放大器芯片、 GaN 宽带大功率芯片、 GaAs 低噪声放大器芯片、 GaAs/Si 基多功能芯片、数控移相器等芯片能力，有望借助 5G 打开民用市场。

低轨卫星崛起，毫米波是核心技术

海外以Starlink和Oneweb为代表的公司正大力发展低轨卫星星座系统。 据SpaceX官网消息，美国时间2月17日上午10时5分，马斯克旗下的火箭公司SpaceX将60颗“星链（Starlink）”卫星送入太空。截至目前，“Starlink”计划已分五批发射300颗卫星。目前全球有两家公司正大力发展低轨卫星星座系统：

1）Starlink：该计划是SpaceX公司2015年公布的星座计划。根据SpaceX官网信息，“星链”卫星预计发射6次后，可向美国和加拿大部分地区提供服务，发射24次后可为人口密集地区提供全球性服务，预计2021年可为人口密集地区提供几乎覆盖全球的服务。从卫星数量上看，Starlink星座中的卫星数量高达11927颗，并且所有卫星都将由该公司自己制造和发射，网关地球站和用户终端也由自己设计制造，并结合自身的火箭回收技术，有效的降低了发射和制造成本。

2）Oneweb：公司前身是成立于2012年的世界唯优（WorldVu）卫星有限公司，该公司曾收购天空之桥（SkyBridge）公司，并获得相关卫星频谱资源。根据《“星链”星座最新发展分析（2019）》，公司于2014年提出一个耗资30亿美元打造648颗小卫星的星座计划,即“Oneweb”星座。截止目前，Oneweb公司获得多轮融资，募集资金约34亿美元。主要投资方包括日本软银集团、墨西哥萨利纳斯集团、美国高通无线科技技术、英国维珍银河公司、美国可口可乐公司、国际卫星通信公司和墨西哥萨利纳斯集团等。

低轨卫星互联网能有效构建全球互联网，弥合全球数字鸿沟。 按照卫星轨道平台的高度可以把卫星分为高轨、中轨额低轨，低轨卫星飞行高度一般为 200-2000km 。低轨道卫星系统是指多个卫星构成的可以进行实时信息处理的大型的卫星系统，其中卫星的分布称之为卫星星座。其主要优点： 1 ）高稳定性，局部的自然灾害和突发事件几乎不影响系统正常运行； 2 ）低时延，地星单项传播时间是 1.5ms ，地 - 星 - 地时间约 15-50ms ； 3 ）不依赖地面基础设施，可以实现低成本轻量化终端； 4 ）全球覆盖，通信不受地域限制，并能将物联网拓展到远海和填空。 3GPP 、 ITU 两大通信组织指出，相较于中高轨卫星，低轨卫星互联网星座具有 eMBB （增强移动带宽）和 MMTC （大规模物联网），也即低轨卫星星座系统可以向全球用户提供全覆盖高速带宽的移动服务 。

新卫星系统频谱使用权申请条件—先到先得。 卫星频谱属于全球性资源，所有卫星系统在投入使用之前，都必须向ITU申报卫星网络的频率和轨道信息资料。即使是2019年的国际电联通信大会卫星频段新规，也仅要求运营商向国际电信联盟申请一个低轨星座和通信频段后在7年内发射一颗卫星并正常运行90天，然后在两年内发射卫星总量的10%，5年内发射50%，7年后将申请的卫星数量全部发射完毕。也就意味着运营商一共有14年的时间来完成整个星座的建设否则运营商所申请的频段资源将会按发射卫星数量的完成比，进行限制使用。

轨道频率资源是空间互联网建设的先决条件。 ITU的卫星频段新规虽然对低轨星座完成建设的时间提出了硬性要求，但这对绝大多数卫星互联网运营商并不困难。因此近年来，越来越多的卫星公司申请了数量庞大的低轨卫星星座计划。随着低频段频谱资源的不断占用,现有的Ku、Ka等高频段资源也难以满足巨大的频谱需求缺口。目前许多国家正在对频率更高的Q频段和V频段进行开发,预计将成为下一代通信卫星的主要发展方向。

轨道频谱资源竞赛促使各国将发力低轨卫星互联。 与频谱资源相同，轨道资源也同样具有这样的特性，对于计划大力发展低轨卫星互联的国家或公司，频谱/轨道资源是他们大力发展低轨卫星互联的基础，就如同5G规模商用之前各家运营商需要工信部分发频谱资源和牌照一样。因此，我们认为越早发力低轨卫星互联系统的建设，对于国家或者公司都具有重要的战略意义，目前海外以starlink和oneweb为首的低轨卫星建设商正大力发展低轨卫星系统，我们预计未来国内以航天科工、航天科技、中电科为首的国内企业也将大力发展低轨卫星互联。

国内低轨卫星互联星座系统主要有：1）航天科工—宽带互联星座“虹云”工程和窄带卫星星座“行云”工程；2）航天科技--全球低轨卫星移动通信与空间互联网系统“鸿雁”工程；3）中电科—天地一体化信息网络。

航天科工—虹云工程，国内首个全球低轨宽带互联网星座系统。 根据航天科工集团官网信息，“虹云”卫星通信系统是中国航天科工集团“五云一车”的商业航天工程之一，致力于面向全球移动互联网和网络高速接入需求。该系统计划发射156颗卫星，在轨高度约为1000km，工作频段为Ka频段，预计接入速率可达到500Mbit/s，将采用毫米波相控阵技术，利用动态波束实现更加灵活的业务模式，具备通信、导航和遥感一体化。按照规划，整个“虹云”工程分成三步走：1、2018年发射第一颗试验卫星（已完成）。2、计划2020年左右，发射4颗业务试验卫星进行小规模组网，使用户对业务进行初步体验。3、到2025年左右，实现全部卫星的组网运行，完成星座系统的构建。2018年12月，“虹云”卫星通信系统首颗技术验证卫星发射成功，标志着中国低轨卫星移动通信系统实现零的突破。

航天科工—行云工程，国内首个全球低轨窄带通信卫星星座。 根据航天科工集团官网信息，2017年12月，行云公司在武汉成立，由航天科工四院、航天科工火箭公司等10个股东共同出资组建。2018年3月，公司正式揭牌并对外发布提案及物联网组建计划，致力于实现全球无盲区通信的“行云工程”正式启动。行云工程计划发射80颗小卫星，也是分为三步走：1、计划发射“行云二号”01星和02星组成的系统，同步开展试运营、师范工程建设；2、将实现小规模组网；3、完成全系统构建，打造覆盖全球的物联网，并全力开拓包括“一带一路”的国内外市场。2017年1月，行云工程的首颗技术验证星“行云试验一号”乘快舟一号甲已运载火箭成功发射。

中 电科—天地一体化信息网络。 根据中电科集团官网信息，天地一体化信息网络重大项目是中国电科设计出的解决方案——按照“天基组网，地网跨代，天地互联”的思路，以地面网络为基础、以空间网络为延伸，覆盖太空、空中、陆地、海洋等自然空间，为天基、陆基、海基等各类用户活动提供信息保障的基础设施。通过融合天基卫星通信网络、空基飞行器通信网络、地基通信网络，实现天、空、地三网协同，达到全球覆盖、随处接入、按需服务、安全可信全球网络连通的目标。天地一体化信息网络包含三张网：第一张网是由各类卫星组成的天基信息网络，将空间中的通信、导航、遥感卫星组成一张协同网络作为空间信息基础设施；第二张网是由各类飞行器组成的空基通信网络，包括各类飞机、飞艇、热气球以及无人机等，空基网络多用于中继来沟通天基和地基网络；第三张网是由陆地通信网构成的地基网络，包括陆地蜂窝网和无线局域网。

卫星通信核心技术 — 毫米波通信。 毫米波是指波长在毫米数量级的电磁波，其频率大约在 30~300GHz 之间。毫米波主要优点有： 1 、极宽的带宽， 2 、波束窄， 3 、探测能力强， 4 、保密和抗干扰性强， 5 、器件体积小 / 集成度高， 6 、全天候服务。由于毫米波的技术优势以及丰富的频率资源，卫星通信中大量的采用了毫米波通信。国际上卫星通信系统可以使用的频段包括甚高频（ VHF ）、特高频（ UHF ）、超高频（ SHF ）和极高频（ EHF ）。如上文所述，目前低轨卫星主要包括 UHF 频段、 L 片段、 C 频段、 X 频段、 Ku 频段、 Ka 频段。其中低于 2.5GHz 的 L 和 S 频段主要用于卫星移动通信、卫星无线电测定、卫星测控链路等应用； C 和 Ku 频段主要用于卫星固定业务通信且已近饱和，目前 Ka 频段正在被大量投入使用，有些甚至往 Q 、 V 频段发展。

毫米波通信部分大约占卫星制造成本的 20-30% ，市场空间广阔。 根据 Starlink 未来几年低轨卫星发射计划来看，预计未来发射约 1.2 万颗卫星，而 Oneweb 预计将发射约 2600 颗卫星，两家加起来预计共发射 1.46 万颗低轨卫星。根据 方舟投资（ ARK ）分析师 Sam Korus 的 预测， Starlink 每颗卫星 的成本价为100万美元，与OneWeb的成本相同；结合草根调研，单颗卫星成本预计在100-200万美元区间，由此我们测算出Starlink和Oneweb两家卫星制造成本约146-292亿美金。根据草根调研，预计毫米波通信部分大约占卫星制造成本的20-30%，则毫米波通信部分市场空间约29.2 -87.6 亿美金。国内低轨卫星尚处于起步阶段，我们预计为了轨道频率战略资源，国内低轨卫星未来发射数量不会低于海外两家公司之和，同时因为早期卫星建造成本相比 Starlink 要高出很多，对应国内低轨卫星毫米波通信市场要比海外大很多。