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  一、射頻收發(fā)芯片及高速高精度 ADC/DAC 行業(yè)概況

  射頻收發(fā)芯片包含專用窄帶射頻收發(fā)芯片和軟件定義的寬帶高性能射頻收發(fā)芯片，可實現射頻信號的頻譜搬移、信號調理、可選頻帶濾波和數模轉換等功能；ADC/DAC 是一種數據轉換器，包括數模轉換器及模數轉換器，用于模擬信號及數字信號間的轉換。

  隨著電子技術的迅猛發(fā)展以及大規(guī)模集成電路的廣泛應用，射頻收發(fā)芯片和數據轉換器得到了廣泛的應用。根據 Databeans 數據顯示，2020 年全球射頻收發(fā) 和數據轉換器市場規(guī)模約為 34 億美元，與 2019 年相比保持穩(wěn)定水平。其中，高速數據轉換器被廣泛應用于雷達、通信、電子對抗、測控、醫(yī)療、儀器儀表、高性能控制器以及數字通信系統(tǒng)等領域。

  超高速射頻收發(fā)芯片和數據轉換芯片是軟 件無線電、電子戰(zhàn)、雷達等需要高寬帶和高采樣率應用的核心器件，在國防、航 天等領域，數據轉換器直接決定了雷達系統(tǒng)的精度和距離。在民用領域，高速高 精度 ADC/DAC 芯片也可以滿足 4G、5G 的高帶寬性能需求。因此，高性能射頻 收發(fā)芯片和數據轉換器在現在信息化高科技產品中有著重要的作用，隨著信息化 產業(yè)在各行各業(yè)的滲透，其應用領域也得到不斷的拓展。

  二、射頻收發(fā)芯片及高速高精度 ADC/DAC 的應用領域分析

  射頻收發(fā)芯片及高速高精度 ADC/DAC 的下游應用主要包括雷達、衛(wèi)星互聯(lián)網、無線通信等領域。

  1、雷達領域

  雷達技術源于 20世紀 20 至 30 年代，利用電磁波對目標進行測向和定位， 發(fā)射電磁波對目標進行照射并接收其回波，經過處理來獲取目標的距離、方位和高度等信息。雷達具有發(fā)現目標遠、測定目標坐標速度快、能全天時、全天候使 用等特點，可用于探測飛機、衛(wèi)星、艦艇以及山川、地形等多種目標，因此在警戒、偵察、敵我識別等方面獲得了廣泛應用。

  以雷達信號處理形式分類可分為模擬相控陣雷達和數字相控陣雷達系統(tǒng)，傳統(tǒng)的模擬相控陣雷達采用移相器和功率合成網絡進行射頻雷達信號合成處理，缺乏多波束工作能力；而新型的數字相控陣雷達則在數字域進行相位合成，可實現大量波束同時處理與分發(fā)的能力。

  數字陣列雷達是根據波束形成機理、接收和發(fā)射波束均以數字方式形成的全 數字化陣列天線雷達，區(qū)別于傳統(tǒng)的模擬相控陣雷達，其核心是為每個相控陣通 道單元或模塊配備等量的射頻直采 ADC/DAC，以實現海量多波束空間合成，具 有波束的快速掃描、空間定向與空域濾波、空間功率合成能力等優(yōu)點。

  目前外軍最先進的機載、艦載、車載平臺均已配備全數字相控陣雷達系統(tǒng)，可實現多目標 實施探測和跟蹤，甚至可根據任務規(guī)劃實現多目標多點偵查、干擾、探測、通信 一體化實現。如裝備美軍最新全電驅逐艦的 SPY-6 全功能數字相控陣雷達、裝備 F-35 戰(zhàn)機的 AN/AGP-81 全功能數字相控陣雷達、裝備薩德陸基反導 系統(tǒng)的 AN/TPY-2 中頻數字相控陣雷達等裝備就具備上述“偵干探通”一 體化工作能力。

  艦載數字相控陣雷達多目標多點偵干探通一體化工作示意圖

  機載數字相控陣雷達多目標多點偵干探通一體化工作示意圖

  車載中頻數字相控陣雷達多目標多點探測跟蹤一體化工作示意圖

  在上述數字相控陣雷達中，其核心的數字化需要大量的高性能 ADC/DAC 工 作于單元級或模塊級射頻組件后，用于將雷達收發(fā)變頻后的模擬中頻信號轉換為 數字信號以實現高精度的數字域波束合成和處理解算，可根據雷達瞬時帶寬的需求選擇 ADC/DAC 的帶寬和采樣率。

  通常雷達的瞬時帶寬可高達數 GHz，且所需處理信號的動態(tài)范圍高達 60dB 以上，因此對 ADC/DAC 的帶寬和位數均提出 了非常高的要求。此類高性能 ADC/DAC 受限于瓦森納協(xié)議管控，其國內市場需 求強烈但長期得不到很好的滿足。

  在數字相控陣雷達領域，高性能 ADC/DAC 芯片產品具備高達 3GSPS(ADC、、12GSPS(DAC、采樣率和14 位分辨率，為數字相控陣雷達系統(tǒng)核心性能指標如探測距離、速度分辨力等提供帶寬和動態(tài)性能支撐，同時高速高精度 ADC/DAC 采用的芯片架構還具備多通道采樣同步、數字上下變頻、 數字捷變跳頻、超高速 Serdes 接口等功能，極大方便了數字相控陣雷達通道間 同步、波形生成、頻率捷變、數據吞吐等功能。

  2、衛(wèi)星互聯(lián)網

  衛(wèi)星互聯(lián)網是繼有線互聯(lián)、無線互聯(lián)之后的第三代互聯(lián)網基礎設施革命，依托低軌衛(wèi)星星座項目，直接影響國家安全戰(zhàn)略，建設意義重大。

  衛(wèi)星通信是衛(wèi)星 互聯(lián)網建設的基礎，將主導下一代通信技術。低軌通信衛(wèi)星覆蓋廣、容量大、延 時低，與高軌通信優(yōu)勢互補。衛(wèi)星互聯(lián)網促進多產業(yè)發(fā)展、戰(zhàn)略意義重大。

  目前， 低軌衛(wèi)星軌道資源有限，國際衛(wèi)星發(fā)射加速將促進中國加快進行衛(wèi)星互聯(lián)網建設。 衛(wèi)星互聯(lián)網產業(yè)可以分為組網、應用兩個階段。組網市場包括：衛(wèi)星制造、 發(fā)射、聯(lián)網、維護等相關業(yè)務，是衛(wèi)星互聯(lián)網重要的前端市場，也將在未來若干 年硬件快速投入的情形下率先迎來快速成長階段。依據美國衛(wèi)星工業(yè)協(xié)會(SIA、 的數據顯示，2018 年全球衛(wèi)星產業(yè)總收入為 2,774 億美元，其中衛(wèi)星制造為 195 億美元，增速已升至 28%。衛(wèi)星互聯(lián)網應用包括廣播電視衛(wèi)星傳輸、位置信息服 務以及遙感服務，其中衛(wèi)星廣播電視服務占據規(guī)模最大且保持穩(wěn)定的增長態(tài)勢。 此外，北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的部署提高了定位精準度和定位質量，促進衛(wèi)星導航和遙感 應用行業(yè)的蓬勃發(fā)展。 低軌互聯(lián)網衛(wèi)星需大量采用寬帶高通量通信技術的解決方案，以提升服務帶 寬并降低重量功耗，現實一箭多星發(fā)射的目標。其對地寬帶互聯(lián)網通信方案往往以中頻數字相控陣方案進行同時多點多波束的聚焦式跟蹤服務，以實現最大限度 地利用衛(wèi)星有限的太陽能量獲得盡可能多的并發(fā)用戶服務能力?？紤]到衛(wèi)星的輕量化部署，需要全集成的信號處理方案，通過為每個中頻數字相控陣通道或模塊 串聯(lián)大帶寬的全集成射頻收發(fā)芯片，可實現靈活多波束的指向跟蹤寬帶通信服務 能力。

  在低軌衛(wèi)星互聯(lián)網領域，高性能寬帶射頻收發(fā)芯片可單芯片實現 GHz 量級的瞬時帶寬收發(fā)變頻，集成上下混頻、可變增益單元、雙通道或四通道收發(fā)、支持片外同步的小數頻綜、數字變頻、數字濾波、高速 Serdes 數據 接口等功能模塊，可極大簡化衛(wèi)星互聯(lián)網中射頻系統(tǒng)的復雜度，有效解決衛(wèi)星輕量化高集成與高性能之間的矛盾。此外，在低軌衛(wèi)星互聯(lián)網地面終端領域，低功耗全集成射頻收發(fā)芯片亦可滿足地面衛(wèi)星互聯(lián)網終端設備中對全集 成單片式射頻收發(fā)芯片的應用需求。

  3、無線通信系統(tǒng)

  無線通信系統(tǒng)可根據用戶應用需求，進行定制化的研制與網絡拓撲設計，最 終實現所需的無線通信功能，按網絡拓撲結構可分為有基站集中式無線通信網絡 與無基站的點對多點通信網絡，按應用特性可分為通信終端、電臺、數據鏈等系 統(tǒng)類型。隨著通信技術的發(fā)展和信息化數字化作戰(zhàn)的演進，為了實現綜合戰(zhàn)力和 通信保障能力的提升，需將不同的無線通信系統(tǒng)和制式進行融合，在單個通信設備中實現多模、多頻的無線電收發(fā)傳輸處理能力。如美軍聯(lián)合通信戰(zhàn)術終端 (JTRS、就在單個終端中實現了自組網、戰(zhàn)術互聯(lián)網、數據鏈、衛(wèi)星通信等功 能，并可進行模塊化擴展，以兼容更多的通信體制與互聯(lián)需求。

  這些無線通信系統(tǒng)均需對射頻信號進行變頻、信號調理、模數轉換和信號處 理，而傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)僅針對單個頻點和制式進行研制，無法應對多模多頻 且面向未來可擴展的無線通信需求。

  為解決該問題，最新的多模多頻無線通信系統(tǒng)均采用了軟件無線電架構進行設計，其特點為單個通信鏈路可支持多個頻點、 多種帶寬、多調制模式、多線性度和抗干擾能力的性能要求，所有射頻信道鏈路 甚至信號處理單元均可通過軟件靈活配置，其核心為軟件定義可重構的射頻收發(fā) 芯片和信號處理芯片。在無線通信系統(tǒng)領域，軟件無線電射頻收發(fā)芯片可實現70MHz~6GHz 頻率覆蓋范圍、200kHz~250MHz 瞬時帶寬覆蓋范圍，且具備靈活可配置的濾波器、增益調節(jié)器、高速跳頻能力，可為該類多模多頻無線通信系統(tǒng)解決射頻鏈路的信號調理軟件可編程的敏捷配置能力。