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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(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的頻譜搬移、信號(hào)調(diào)理、可選頻帶濾波和數(shù)模轉(zhuǎn)換等功能；ADC/DAC 是一種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器及模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于模擬信號(hào)及數(shù)字信號(hào)間的轉(zhuǎn)換。

  隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展以及大規(guī)模集成電路的廣泛應(yīng)用，射頻收發(fā)芯片和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù) Databeans 數(shù)據(jù)顯示，2020 年全球射頻收發(fā) 和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器市場(chǎng)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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器被廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、通信、電子對(duì)抗、測(cè)控、醫(yī)療、儀器儀表、高性能控制器以及數(shù)字通信系統(tǒng)等領(lǐng)域。

  超高速射頻收發(fā)芯片和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片是軟 件無(wú)線電、電子戰(zhàn)、雷達(dá)等需要高寬帶和高采樣率應(yīng)用的核心器件，在國(guó)防、航 天等領(lǐng)域，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器直接決定了雷達(dá)系統(tǒng)的精度和距離。在民用領(lǐng)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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器在現(xiàn)在信息化高科技產(chǎn)品中有著重要的作用，隨著信息化 產(chǎn)業(yè)在各行各業(yè)的滲透，其應(yīng)用領(lǐng)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(yīng)用領(lǐng)域分析

  射頻收發(fā)芯片及高速高精度 ADC/DAC 的下游應(yīng)用主要包括雷達(dá)、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線通信等領(lǐng)域。

  1、雷達(dá)領(lǐng)域

  雷達(dá)技術(shù)源于 20世紀(jì) 20 至 30 年代，利用電磁波對(duì)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)向和定位， 發(fā)射電磁波對(duì)目標(biāo)進(jìn)行照射并接收其回波，經(jīng)過(guò)處理來(lái)獲取目標(biāo)的距離、方位和高度等信息。雷達(dá)具有發(fā)現(xiàn)目標(biāo)遠(yuǎn)、測(cè)定目標(biāo)坐標(biāo)速度快、能全天時(shí)、全天候使 用等特點(diǎn)，可用于探測(cè)飛機(jī)、衛(wèi)星、艦艇以及山川、地形等多種目標(biāo)，因此在警戒、偵察、敵我識(shí)別等方面獲得了廣泛應(yīng)用。

  以雷達(dá)信號(hào)處理形式分類可分為模擬相控陣?yán)走_(dá)和數(shù)字相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)，傳統(tǒng)的模擬相控陣?yán)走_(dá)采用移相器和功率合成網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行射頻雷達(dá)信號(hào)合成處理，缺乏多波束工作能力；而新型的數(shù)字相控陣?yán)走_(dá)則在數(shù)字域進(jìn)行相位合成，可實(shí)現(xiàn)大量波束同時(shí)處理與分發(fā)的能力。

  數(shù)字陣列雷達(dá)是根據(jù)波束形成機(jī)理、接收和發(fā)射波束均以數(shù)字方式形成的全 數(shù)字化陣列天線雷達(dá)，區(qū)別于傳統(tǒng)的模擬相控陣?yán)走_(dá)，其核心是為每個(gè)相控陣通 道單元或模塊配備等量的射頻直采 ADC/DAC，以實(shí)現(xiàn)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?yàn)V波、空間功率合成能力等優(yōu)點(diǎn)。

  目前外軍最先進(jìn)的機(jī)載、艦載、車載平臺(tái)均已配備全數(shù)字相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)多目標(biāo) 實(shí)施探測(cè)和跟蹤，甚至可根據(jù)任務(wù)規(guī)劃實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)多點(diǎn)偵查、干擾、探測(cè)、通信 一體化實(shí)現(xiàn)。如裝備美軍最新全電驅(qū)逐艦的 SPY-6 全功能數(shù)字相控陣?yán)走_(dá)、裝備 F-35 戰(zhàn)機(jī)的 AN/AGP-81 全功能數(shù)字相控陣?yán)走_(dá)、裝備薩德陸基反導(dǎo) 系統(tǒng)的 AN/TPY-2 中頻數(shù)字相控陣?yán)走_(dá)等裝備就具備上述“偵干探通”一 體化工作能力。

  艦載數(shù)字相控陣?yán)走_(dá)多目標(biāo)多點(diǎn)偵干探通一體化工作示意圖

  機(jī)載數(shù)字相控陣?yán)走_(dá)多目標(biāo)多點(diǎn)偵干探通一體化工作示意圖

  車載中頻數(shù)字相控陣?yán)走_(dá)多目標(biāo)多點(diǎn)探測(cè)跟蹤一體化工作示意圖

  在上述數(shù)字相控陣?yán)走_(dá)中，其核心的數(shù)字化需要大量的高性能 ADC/DAC 工 作于單元級(jí)或模塊級(jí)射頻組件后，用于將雷達(dá)收發(fā)變頻后的模擬中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為 數(shù)字信號(hào)以實(shí)現(xiàn)高精度的數(shù)字域波束合成和處理解算，可根據(jù)雷達(dá)瞬時(shí)帶寬的需求選擇 ADC/DAC 的帶寬和采樣率。

  通常雷達(dá)的瞬時(shí)帶寬可高達(dá)數(shù) GHz，且所需處理信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍高達(dá) 60dB 以上，因此對(duì) ADC/DAC 的帶寬和位數(shù)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(guó)內(nèi)市場(chǎng)需 求強(qiáng)烈但長(zhǎng)期得不到很好的滿足。

  在數(shù)字相控陣?yán)走_(dá)領(lǐng)域，高性能 ADC/DAC 芯片產(chǎn)品具備高達(dá) 3GSPS(ADC、、12GSPS(DAC、采樣率和14 位分辨率，為數(shù)字相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)核心性能指標(biāo)如探測(cè)距離、速度分辨力等提供帶寬和動(dòng)態(tài)性能支撐，同時(shí)高速高精度 ADC/DAC 采用的芯片架構(gòu)還具備多通道采樣同步、數(shù)字上下變頻、 數(shù)字捷變跳頻、超高速 Serdes 接口等功能，極大方便了數(shù)字相控陣?yán)走_(dá)通道間 同步、波形生成、頻率捷變、數(shù)據(jù)吞吐等功能。

  2、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)

  衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是繼有線互聯(lián)、無(wú)線互聯(lián)之后的第三代互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施革命，依托低軌衛(wèi)星星座項(xiàng)目，直接影響國(guó)家安全戰(zhàn)略，建設(shè)意義重大。

  衛(wèi)星通信是衛(wèi)星 互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)，將主導(dǎo)下一代通信技術(shù)。低軌通信衛(wèi)星覆蓋廣、容量大、延 時(shí)低，與高軌通信優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)促進(jìn)多產(chǎn)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(guó)際衛(wèi)星發(fā)射加速將促進(jìn)中國(guó)加快進(jìn)行衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。 衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)可以分為組網(wǎng)、應(yīng)用兩個(gè)階段。組網(wǎng)市場(chǎng)包括：衛(wèi)星制造、 發(fā)射、聯(lián)網(wǎng)、維護(hù)等相關(guān)業(yè)務(wù)，是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)重要的前端市場(chǎng)，也將在未來(lái)若干 年硬件快速投入的情形下率先迎來(lái)快速成長(zhǎng)階段。依據(jù)美國(guó)衛(wèi)星工業(yè)協(xié)會(huì)(SIA、 的數(shù)據(jù)顯示，2018 年全球衛(wèi)星產(chǎn)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(wǎng)應(yīng)用包括廣播電視衛(wèi)星傳輸、位置信息服 務(wù)以及遙感服務(wù)，其中衛(wèi)星廣播電視服務(wù)占據(jù)規(guī)模最大且保持穩(wěn)定的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。 此外，北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的部署提高了定位精準(zhǔn)度和定位質(zhì)量，促進(jìn)衛(wèi)星導(dǎo)航和遙感 應(yīng)用行業(yè)的蓬勃發(fā)展。 低軌互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星需大量采用寬帶高通量通信技術(shù)的解決方案，以提升服務(wù)帶 寬并降低重量功耗，現(xiàn)實(shí)一箭多星發(fā)射的目標(biāo)。其對(duì)地寬帶互聯(lián)網(wǎng)通信方案往往以中頻數(shù)字相控陣方案進(jìn)行同時(shí)多點(diǎn)多波束的聚焦式跟蹤服務(wù)，以實(shí)現(xiàn)最大限度 地利用衛(wèi)星有限的太陽(yáng)能量獲得盡可能多的并發(fā)用戶服務(wù)能力。考慮到衛(wèi)星的輕量化部署，需要全集成的信號(hào)處理方案，通過(guò)為每個(gè)中頻數(shù)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(shí)現(xiàn)靈活多波束的指向跟蹤寬帶通信服務(wù) 能力。

  在低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，高性能寬帶射頻收發(fā)芯片可單芯片實(shí)現(xiàn) GHz 量級(jí)的瞬時(shí)帶寬收發(fā)變頻，集成上下混頻、可變?cè)鲆鎲卧㈦p通道或四通道收發(fā)、支持片外同步的小數(shù)頻綜、數(shù)字變頻、數(shù)字濾波、高速 Serdes 數(shù)據(jù) 接口等功能模塊，可極大簡(jiǎn)化衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)中射頻系統(tǒng)的復(fù)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(wǎng)地面終端領(lǐng)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(wǎng)終端設(shè)備中對(duì)全集 成單片式射頻收發(fā)芯片的應(yīng)用需求。

  3、無(wú)線通信系統(tǒng)

  無(wú)線通信系統(tǒng)可根據(jù)用戶應(yīng)用需求，進(jìn)行定制化的研制與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)，最 終實(shí)現(xiàn)所需的無(wú)線通信功能，按網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為有基站集中式無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò) 與無(wú)基站的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)，按應(yīng)用特性可分為通信終端、電臺(tái)、數(shù)據(jù)鏈等系 統(tǒng)類型。隨著通信技術(shù)的發(fā)展和信息化數(shù)字化作戰(zhàn)的演進(jìn)，為了實(shí)現(xiàn)綜合戰(zhàn)力和 通信保障能力的提升，需將不同的無(wú)線通信系統(tǒng)和制式進(jìn)行融合，在單個(gè)通信設(shè)備中實(shí)現(xiàn)多模、多頻的無(wú)線電收發(fā)傳輸處理能力。如美軍聯(lián)合通信戰(zhàn)術(shù)終端 (JTRS、就在單個(gè)終端中實(shí)現(xiàn)了自組網(wǎng)、戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)鏈、衛(wèi)星通信等功 能，并可進(jìn)行模塊化擴(kuò)展，以兼容更多的通信體制與互聯(lián)需求。

  這些無(wú)線通信系統(tǒng)均需對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行變頻、信號(hào)調(diào)理、模數(shù)轉(zhuǎn)換和信號(hào)處 理，而傳統(tǒng)的無(wú)線通信系統(tǒng)僅針對(duì)單個(gè)頻點(diǎn)和制式進(jìn)行研制，無(wú)法應(yīng)對(duì)多模多頻 且面向未來(lái)可擴(kuò)展的無(wú)線通信需求。

  為解決該問(wèn)題，最新的多模多頻無(wú)線通信系統(tǒng)均采用了軟件無(wú)線電架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其特點(diǎn)為單個(gè)通信鏈路可支持多個(gè)頻點(diǎn)、 多種帶寬、多調(diào)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(hào)處理單元均可通過(guò)軟件靈活配置，其核心為軟件定義可重構(gòu)的射頻收發(fā) 芯片和信號(hào)處理芯片。在無(wú)線通信系統(tǒng)領(lǐng)域，軟件無(wú)線電射頻收發(fā)芯片可實(shí)現(xiàn)70MHz~6GHz 頻率覆蓋范圍、200kHz~250MHz 瞬時(shí)帶寬覆蓋范圍，且具備靈活可配置的濾波器、增益調(diào)節(jié)器、高速跳頻能力，可為該類多模多頻無(wú)線通信系統(tǒng)解決射頻鏈路的信號(hào)調(diào)理軟件可編程的敏捷配置能力。