01
產業鏈“三段式”格局明確
衛星通訊產業鏈可以分為空間段、地面段以及服務段。
空間段包括：衛星平臺和衛星載荷； 地面段包括：地面接收天線、使用者終端、信關站以及核心網； 服務段包括：運營商、資料提供商以及服務提供商（定位、導航、測繪、其他服務）
空間段中的主要硬體載體——衛星通常由有效載荷和衛星平臺兩部分組成。有效載荷是指衛星上直接完成特定任務的儀器、裝置和系統又稱專用系統。衛星平臺是由衛星結構平臺配備上必要的服務和支援系統構成的。服務和支援系統是指用於保證和支援有效載荷工作的儀器、裝置和系統衛星結構平臺是指為了便於安裝佈置和滿足不同要求的整個衛星結構體。衛星結構體一般分成幾部分這些分成的部分稱為衛星的結構艙簡稱為衛星艙。因此衛星平臺也指由星載服務系統組合而成的一個艙段或幾個艙段例如服務艙、推進艙等。衛星平臺為有效載荷提供其所需的安裝地位和足夠的支撐並提供它們所需的環境和條件。衛星平臺裝載了衛星有效載荷之後就構成一顆衛星。
衛星平臺通常採用通用化的設計，僅根據實際需求進行有效載荷的調整。當前階段對於低軌通訊衛星關鍵有效載荷主要包括：相控陣雷達、鐳射鏈路等。同時由於低軌衛星在執行過程中會面臨更大的空氣阻力以及地球引力，對於衛星平臺的姿軌控制系統和推進系統以及輕量化的結構設計也有更高的要求。同時由於設計使用壽命為5年左右，存在定期替換需求。
地面段設施可以分為使用者端和基建端。使用者端主要包括接收天線（靜中通、動中通）以及可直連衛星的使用者終端。基建端主要包括信關站、核心網。其信關站、接收天線採用和空間段配套的相控陣/鐳射通訊技術。
服務段主要包括運營商及部分特殊服務的提供商。
02
相控陣T/R元件價值量佔比高
相控陣雷達是由大量相同的輻射單元組成的雷達面陣，具有波束切換快、抗干擾能力強等特點，可同時跟蹤多個目標，具備多功能、強機動性、高可靠效能力，其逐漸取代傳統的機械掃描雷達，成為當今雷達發展的主流。針對於衛星通訊領域，有源相控陣的高效能以及高可靠性將使其成為通訊衛星和地面終端上下行傳輸的主流選擇。“Starlink-星鏈”計劃的第二代迷你衛星均搭載4個相控陣天線和2個拋物面天線，以提供更大的容量。
相控陣雷達的無線收發系統主要分為四個功能模組：數字訊號處理模組、資料轉換模組、發射/接收（T/R）元件和天線單元。相控陣雷達根據天線的不同分為無源相控陣雷達（PESA）和有源相控陣雷達（AESA）。PESA所有天線單元共用一套中央發射機和接收機。AESA的每個天線單元都配裝有一個T/R元件，每一個T/R元件都能自己發射和接收電磁波，因此在頻寬、功率、效率、冗餘備份、負荷分擔方面均比無源相控陣有巨大優勢。但由於單個雷達會整合大量T/R元件，生產成本相對高昂。
由於相控陣訊號強度很大程度上取決於單位面積整合的天線數量。為了在有限面積內整合更多的T/R元件，小型化、高度整合化是T/R元件的必然發展方向。
目前T/R元件小型化方式主要為：一是透過T/R元件小型化技術，即多晶片元件加工技術、微組裝加工工藝技術以及SIP封裝技術等加工工藝技術；二是多通道T/R元件設計，透過在T/R模組上整合設計多個通道，來減少整個有源相控陣天線系統的T/R模組數量。一般主要透過兩種方法降低T/R元件的成本：一是晶片的高度整合，透過MMIC技術使一塊晶片能夠整合多種器件的功能，並且在元件設計中，整合化設計減小MMIC晶片的體積和數量；二是可以直接使用裸晶片來降低元件的體積，儘可能減少T/R元件的層數，提高T/R元件中每個模組的整合度。
其中T/R元件中的關鍵核心功能全部採用晶片實現，T/R晶片指的是內嵌於T/R元件內的核心功能晶片，其直接決定了T/R元件的各項效能。T/R晶片通常以套件形式打包出售，客戶可以根據需求對套片內的元器件進行定製。
有源相控陣領域，主要提供商為中國電科旗下院所，包括中電科五十五所、十三所（國基北方）以及部分民營企業：鋮昌科技、國博電子（五十五所控股）、雷電威力、天箭科技等。其中，鋮昌科技主要生產T/R晶片；國博電子、盛路通訊主要生產T/R元件；雷電微力主要產品為毫米波有源相控陣微系統，產品構成中除T/R元件外，還包括天線陣列、射頻網路、電源及散熱等部分；天箭科技主要產品為固態發射機，主要由固態微波功率放大器、電源、控制電路等組成。雷電微力、天箭科技的最終產品系在T/R元件或T/R元件核心器件的基礎上進一步組裝、加工。
根據國博電子招股說明書，T/R元件成本約佔有源相控陣系統總成本的70-80%。截至2030年，預計將產生1418億人民幣的市場空間。
03
鐳射通訊
微波-激光復合數傳新時代
衛星通訊鏈路按介質頻率可以分為微波、毫米波、太赫茲以及鐳射四種類型。
微波以及毫米波頻段技術相對成熟，可靠性高，但是頻寬相對較低。鐳射通訊技術頻寬大、功耗低裝置體積小，但是易受大氣層影響。太赫茲技術兼具雙方優勢，訊號穩定，不易受大氣環境影響，同時頻寬充足。但是相關技術仍不完善，有待進一步研究發展。以星鏈計劃為例，當前低軌通訊衛星單顆載荷約為20Gbps，星鏈計劃當前總頻寬約為7.85萬Gbps，未來仍有約112萬Gbps頻寬待建。微波毫米波衛星通訊鏈路難以滿足後續的星座計劃需求，星間鐳射鏈路已成必然選擇。
衛星鐳射通訊按鏈路分佈可以分為星間鐳射通訊以及星地鐳射通訊。兩者結構類似，均可分為：光學系統、跟瞄（PAT）系統、通訊系統三個主系統以及熱控、供電等配套系統。
光學分系統由光學天線、中繼光路及各收發光學支路構成，共同實現鐳射訊號的高質量收發。PAT分系統由粗跟蹤單元、精跟蹤單元、提前量單元等構成，主要完成空間光訊號的瞄準、捕獲、跟蹤。基於光路訊號的計算，利用跟瞄轉檯，實現衛星間光學天線的精確對準。通訊分系統由鐳射載波單元、電光調製單元、光放大單元、光解調單元等構成，主要完成衛星鐳射通訊系統光訊號的調製/解調、光放大及訊號處理等功能。根據調製方式的不同，衛星鐳射通訊較為成熟的技術體制分為非相干通訊體制和相干通訊體制兩大類。非相干通訊體制採用強度調製/直接探測（IM/DD）方式，分為開關鍵控（OOK）和脈衝位置調製（PPM）。相干通訊體制採用相位調製/相干探測方式，分為二進位制相移鍵控（BPSK）/零差（外差）相干探測、差分相移鍵控（DPSK）/自差相干探測、正交相移鍵控（QPSK）/零差（外差）相干探測等。
傳統微波通訊是衛星通訊的主要手段，衛星鐳射通訊採用高頻率鐳射作為載體，與微波通訊相比，具有以下特點：
透過鐳射通訊建立星間鐳射鏈路可以有效減少地面信關站的需求節省地面設施的建設成本。同時有助於資料流匯聚，進而簡化衛星網路結構。SpaceX公司的“Starlink-星鏈”計劃已於2021年測試透過全功能的光學空間鐳射器（ISL）。並在2022年更新的v1.5版本衛星上全線搭載鐳射通訊模組。可以保證衛星在無法直連地面信關站的情況下傳輸資料。透過星間鐳射鏈路將資料最終傳輸至地面站，提供真正的全球覆蓋。
2020年，中國航天三江集團有限公司研製的行雲二號衛星搭載Laser Fleett 5鐳射通訊終端完成了星間鐳射鏈路技術測試。2023年6月長光衛星自研衛星“吉林一號”完成了星地鐳射通訊實驗。實驗單次通訊時長超過100s，頻寬為10Gbps，後續將開始40Gbps的技術研發。標誌著我國星地數傳技術開始由微波時代轉向微波-鐳射時代。
國際上知名的星載鐳射通訊終端提供商包括 Mynaric、TESAT、Hyperion Tech、Thales Alenia Space、NICT。
Mynaric公司的旗艦產品mk3支援軟體定義0.313-2.5Gbps資料速率。連結範圍可達6500公里。市場單價10萬美金。
TESAT公司產品線更加全面，覆蓋了從100Mbps到10Gbps的不同資料速率需求。
國內主要為科研院所以及初創型公司，如航行光網、氦星光聯等，終端價格在100-200萬人民幣之間。預計單臺衛星裝備4個鐳射通訊終端。
按照鐳射通訊終端佔衛星總成本的12%v核算，截至2027年會產生936.68億元的市場空間。
內容摘錄自太平洋證券釋出的《通訊行業研究報告：通訊網路天地一體化，未來並不遠》報告
>End
本文轉載自“高速射頻百花潭”，原標題《低軌通訊衛星行業產業鏈分析：相控陣T/R元件價值量佔比高》。
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