上一篇文章,我们分析了相控阵技术的核心。
这一篇我们分析一下模拟相控阵和数字相控阵的技术差异和价值差异,以及数字相控阵的产业趋势下,臻镭科技为什么能够卡位,享受业务的暴增。
一、模拟相控阵和数字相控阵的区别
相控阵雷达的发展过程大致经过了从机扫到电扫,从无源到有源,从模拟到数字这么几个阶段。
具体细节和原理可自行问Deepseek,讲的比我清楚。
目前主要都是有源模拟相控阵雷达,未来将向数字相控阵雷达发展。
在上一篇文章中,我们知道了ADC作用就是数模转换。那么模拟相控阵由于共用一个ADC,这意味着所有的天线发射的信号都是同样的波束。这些相同的波束通过逐次的相位延迟,实现干涉和叠加(类似水中扔石子水面波纹的运动),从而在特定方向形成波束指向。这就是模拟相控阵实现波束成形的原理。
再看看模拟相控阵和数字相控阵的典型拓扑图。
对比二者,很清晰的看到,数字相控阵的ADC/DAC用量是每个天线通道都用一颗,而模拟相控阵是共用一颗。
也就是说,在数字相控阵中,ADC用量将跟随天线通道的数量增加而增加。
那不同的布局带来的差异是什么呢?
而数字相控阵中,每个天线通道都独享一个ADC,这意味着每个天线通道都可以有自己的指向,它是独立自由的,想去哪里就去哪里。如下图所示。
左边的模拟相控阵的波束指向只有一个方向,而右边的数字相控阵有多个独立波束,指向四面八方。
同时,通过数字自适应算法,数字相控阵雷达的阵元可以任意组合和分区,灵活调度。虽然建设初期,ADC用量大,但是整个雷达生命周期用下来,效能大大提升。
搞明白了原理,我们就能理解数字相控阵为什么是未来的发展方向,以及现代军事和低轨卫星通信中那么重要。
二、数字相控阵是未来发展的必然方向
1、现代军事中的数字相控阵运用
现代军事中,雷达是武器装备的“千里眼”和“顺风耳”。只有先于敌人发现对方,才能处于不败。当今中国的相控阵雷达技术,毫无疑问是世界独一档的存在,遥遥领先。这里要向广大军事科研人员致敬,尤其是王小谟院士。
配备数字相控阵雷达的预警机或战舰,可实时追踪和持续监控不同方向的多个目标,对全域战场态势进行实时感知。并通过跳频数据链系统将信息传递给海陆空天的每一个作战单元,实现视野和情报共享,对数据链通信感兴趣的同学可以看看老美的C4ISR系统。
因此,可以毫不夸张的说,现代战争打的就是信息战,信息战的核心就是全域态势感知和AI决策。
而这里面的核心技术就是相控阵雷达、跳频数据链通信系统和AI决策大脑。
以后再讲臻镭科技的跳频数据链通信的时候,也会再详细说。
2、低轨卫星中的数字相控阵运用
我们知道模拟相控阵在某一时刻只能实现波束的同一指向,那么在卫星空地通信中,肯定会遇到不同并发的情况。
比如当卫星过顶一片区域时,可以根据这片区域内通信负载和并发的分布情况,来灵活调整波束指向,人多的区域相应就调度几个天线通道过去,多发射几个波束;少的那边呢,就少用几个波束。
由于天线是一直在天上快速飞的,经过的地方不同,自然每个区域的通信负载是不同的,只有数字相控阵才能灵活调度,实现通信最优。
采用数字架构的相控阵,支持生成多个独立波束,可同时服务不同区域用户或实现星间链路,显著提升系统容量。
同样,对于地面上的卫星接收终端来说,由于过顶的卫星可能同时有多个,接收器上面如果采用数字相控阵天线,就能同时追踪多个卫星的信号,再通过算法合成,就能够大大增强信号。后面拆解星链的地面接收终端时会详细分析。
三、数字相控阵之核心技术
我们回顾一下数字相控阵的拓扑图。在一个典型的数字相控阵中,除了用到大量的ADC来实现各通道的波束独立成形外,还需要用到另一项关键的技术,数字波束成形芯片,及DBF芯片(Digital Beam Forming)。
DBF芯片通过算法,将不同的波束参数分配给不同天线通道,让每个波束都可以独立地进行相位、增益和延迟控制,从而实现对多个目标的同时监测和跟踪。
好了,基本原理讲完了。开始讲重点。
我们知道,芯片就是大规模的集成电路,集成度越高、规模化生产越多,成本就可以越低。对比上面数字相控阵的拓扑图,假如做DBF芯片的公司,将ADC集成到DBF上面,缩短通信距离的同时能节约面积,还能通过规模的芯片制造来降低生产成本和组装成本,那这个公司的产品不就能卖的比别人好吗?
是的,我估计干这行的,是个人都能想到。
那问题又来了,DBF芯片我设计出来了,ADC我得找人买啊!前面我们讲过,ADC那可是王冠明珠啊,能轻易买到吗,别人会轻易卖你吗?
那答案就很清晰了,这块蛋糕只有臻雷科技能吃,因为就它有高速高精度的ADC啊,别人暂时只有眼馋的份。你说这臻雷科技也就真争气,发布了多款DBF芯片,后续也还有更多款的DBF芯片发布。
但是,你以为这就完了吗?
我们继续把TR组件、DBF芯片、ADC芯片、电源PMIC芯片通过三维异构和SIP封装技术全都集成进来,做成一个射频微系统,我们将可以把器件再小型化、集成化。
这样客户端可以减少射频电路设计人员,缩短研发时长,节约大量研发成本。同时,这东西用起来也舒心,省去组装环节,还节约了大量的空间。岂不是一石二鸟?
巧了,臻雷科技也想到了。。。
根据臻雷科技披露,它不仅发布了多款微系统模组和SIP组件,实现了SIP组件最多可以节省90%的空间;而且,已经开始研究新一代异构集成技术了。
要知道,卫星上面的载荷重量和面积,那可是寸土寸金啊。现在SpaceX一公斤载荷的发射费用可是2万元啊,这么贵的发射费用,二一添作五,一人一半,它不香吗?
还有这个三维异构,咱们说直白了,就是当下最流行的chiplet和3D封装啊……原来你小子还是射频IC这块的先进封装领头人呢!
你说,在相控阵这条赛道上,别人怎么跟它玩!这就是别人还没有学会爬,它都已经开始飞了啊!
所以,你说臻雷的芯片85%的毛利,它不是没有原因的啊!
好了,技术分析讲完了,我们还是做一个总结。
由于数字相控阵的数字算法、灵活调度、效能更优决定了相控阵的发展趋势不可阻挡,不管是军事领域的运用,还是卫星通信的运用,以后必然是数字相控阵的天下。
而从模拟到数字的转换,必将带来ADC的用量大增,必将带来数字波束成形芯片DBF芯片的用量大增。
同时,随着低轨卫星的相控阵天线越来越大,三维异构集成将具有不可替代不可比拟的优势。
这就是说,以后用于手机直连卫星的低轨通信卫星上,整个相控阵天线的核心价值量都是臻镭科技的,单星价值500-1000万。
这是不可阻挡的产业趋势,必将在军事领域和低轨卫星通信领域演绎,这也将给卡位数字相控阵核心技术的臻镭科技带来无可阻挡的业绩洪流!
S臻镭科技(sh688270)SS*ST铖昌(sz001270)S