中国毫米波雷达产业分析2——毫米波雷达产业链分析

一、产业链构成
        毫米波雷达产业链分为三部分:上游主要包括射频前端组件(MMIC)、数字信号处理器(DSP/FPGA)、高频PCB板、微控制器(MCU)、天线及控制电路等硬件供应商;中游主体是毫米波雷达方案模块及整机供应商;下游环节包括智能车载、智能交通、无人机、智能家居、工业测量、康养医疗、家电照明、消费电子等应用企业。
图表11:毫米波雷达产业链构成图
        其中,射频前端组件(MMIC)、数字信号处理器芯片、毫米波雷达系统方案为产业链中核心环节
        射频前端组件(MMIC)是毫米波雷达的核心射频部分,由发射器、接收器、功率放大器、低噪声放大器、混频器、滤波器及压控振荡器7部分构成,起到调制、发射、接收及解调毫米波信号的作用,主要通过单片微波集成电路(MMIC)将前端收发组件集成化。毫米波雷达要求前端收发组件应兼具体积小、稳定性好、成本低等特性,占整个毫米波雷达硬件成本的50%以上
        数字信号处理器通过嵌入不同的信号处理算法,分析前端收集的信号获取目标信息,是保证毫米波雷达稳定性及可靠性的核心部件。毫米波雷达的数字信号处理功能是通过DSP芯片或FPGA芯片实现的,占整个毫米波雷达硬件成本的20%左右
        毫米波雷达产业链中游企业主要包括毫米波雷达方案商和系统集成商。其中雷达方案供应商主要通过完成雷达系统设计、天线设计和后端算法开发,为客户提供毫米波雷达方案模块或整机产品。方案集成商则依托毫米波雷达技术,为各具体应用领域提供定制化的智能集成方案,例如车载tier 1供应商、智能交通方案集成商等。
二、上游分析
        上游元器件的采购成本在雷达生产总成本的占比超过50%,是影响产业链价格的关键因素。其中,射频前端组件在硬件成本中占比50%,数字信号处理器占比15%,高频PCB板占比20%,控制电路占比10%,其他材料占5%。
图表12:毫米波雷达各元器件占硬件总成本比重

(一)射频前端组件
        射频前端组件(MMIC)是毫米波雷达的核心射频部分,由发射器、接收器、功率放大器、低噪声放大器、混频器、滤波器及压控振荡器7部分构成,起到调制、发射、接收及解调毫米波信号的作用,主要通过单片微波集成电路(MMIC)将前端收发组件集成化。毫米波雷达要求前端收发组件应兼具体积小、稳定性好、成本低等特性。
        当前毫米波雷达射频芯片主要采用SiGe BiCMOS工艺技术,SiGe高频特性良好、安全性高,但其采用分立式结构,发射器、接收器和处理组件均为独立单元,无法满足雷达传感器日益增长的小型化需求。因而,在高集成趋势下,体积更小、集成度更高(CMOS工艺可将MMIC与MCU、DSP集成)的CMOS工艺已逐渐成为主流技术。
图表13:毫米波雷达射频芯片设计制造生态系统
        国内MMIC芯片供应商集中为国际企业,如英飞凌、NXP、TI、意法半导体等。国产芯片企业在毫米波雷达领域的布局近两年也明显加快,且已实现部分国产化,代表性公司包括矽典微、岸达科技、加特兰微、矽杰微、微度芯创、旷时科技等,均已推出量产产品。
(二)数字信号处理器
        数字信号处理器通过嵌入不同的信号处理算法,分析前端收集的信号获取目标信息,是保证毫米波雷达稳定性及可靠性的核心部件。
        毫米波雷达的数字信号处理功能是通过DSP芯片或FPGA芯片实现的,占整个毫米波雷达硬件成本的20%左右。DSP芯片采取程序和数据分开的哈佛结构,可快速即时处理信号,FPGA包含大量组合逻辑资源和触发器,可完成大规模的组合逻辑电路设计和实现时序逻辑功能。DSP芯片在复杂算法处理上具备优势,FPGA在大数据底层算法上具备优势,因而,“DSP+FPGA” 融合在实时信号处理系统中的应用逐渐广泛。
        目前,高端DSP芯片和FPGA芯片市场主要被国外企业占据,DSP芯片供应商有NXP、英飞凌、亚德诺半导体、意法半导体等公司,FPGA芯片供应商有赛灵思、阿尔特拉、美高森美、莱迪思等公司。
(三)高频PCB板
        天线是毫米波雷达发射和接收信号的重要组件,是其有效工作的关键设计之一。根据实践表明,当天线的长度为波长信号的25%时,其发射和接收信号的转换效率最高,毫米波波长仅为毫米级别,因而其天线长度短。
        此外,为提高产品精度,毫米波雷达可通过微带列阵方式将波束做窄,即将多根天线集成在PCB上。
        天线主要用于发射和接收毫米波,由于毫米波波长只有几个毫米,而天线长度为波长1/4时,天线的发射和接收转换效率最高,因此天线尺寸可以做的很小,同时还可以使用多根天线来构成阵列。
        目前主流天线方案是采用微带阵列,即在印刷电路PCB板上,铺上微带线,形成“微带贴片天线”,以满足低成本和小体积的需求。按照天线模式可分为远程雷达(开口约30°,200m)、中程雷达(开口约60°,100m)和近程雷达(开口约120°,30m)。
        由于毫米波频率高,对电路尺寸精度要求高,所需印制电路板为高频板材PCB,主要供应商为罗杰斯、Isola、松下电工、雅龙及施瓦茨等大型国际PCB生产企业。受益于5G产业的发展,中国生益科技、沪电股份等公司已实现毫米波雷达用高频PCB产品的技术突破,其产品性能可与国外大型企业的高端产品媲美。
(四)控制电路        
        雷达控制电路根据信号处理器获得的目标信息,结合雷达终端动态信息进行数据融合,最终通过主处理器进行智能处理,对雷达终端前方出现的障碍物进行分析判断,迅速做出处理和发出指令,及时传输给报警显示系统和制动执行系统。雷达控制电路主要由MCU、模数转换器(ADC)和时钟等模拟组件组成。
        低成本、小型化、高性能、低功耗是SoC集成最大优势,也符合车载4D毫米波雷达未来的发展趋势。SoC集成:SoC(System on a Chip)是指将多个电子元件、模块或者子系统集成到一块芯片上的技术,毫米波雷达则是将MMIC,DSP,MCU集成在单颗SoC芯片里。
        控制电路根据信号处理目标信息,结合自身速度、位置等动态信息,发出执行指令,是毫米波雷达系统实现主动控制的最后一环。控制电路包含报警显示系统和启动制动系统,占到毫米波雷达总生产成本的5%。
图表14:中国毫米波雷达产业链上游供应商
三、中游分析
        毫米波雷达产业链中游企业主要包括毫米波雷达方案商和系统集成商。其中雷达方案供应商主要通过完成雷达系统设计、天线设计和后端算法开发,为客户提供毫米波雷达方案模块或整机产品。方案集成商则依托毫米波雷达技术,为各具体应用领域提供定制化的智能集成方案,例如车载tier 1供应商、智能交通方案集成商等。
        目前,中国毫米波雷达中游市场整体上仍由国际企业占主要份额,国内企业正在加速追赶。在车载雷达领域,本土企业已经实现量产落地,进入国产化替代周期;在智能交通领域,得益于近年来新基建建设的兴起,部分国内雷达厂商将研发建设的重点瞄向路端,大力推进国产化建设,国产交通雷达厂商已逐渐占据主要市场;智能家居领域经过近几年探索,国内市场已经初步形成。
图表 15:国内毫米波雷达产业链中游主要企业
四、下游分析
        毫米波雷达可应用于智能车载、智能交通、以及无人机、智能家居、工业测量仪器、全屋智能、家电照明、消费电子等多个领域。
        汽车是毫米波雷达最大的下游应用领域。中国是全球最大的汽车生产国,随着消费者对车载安全性要求的提升和智能驾驶需求的提升,国内各大主机厂对车载毫米波雷达的需求量持续增长,代表性企业包括上汽、一汽、长安、比亚迪、蔚来等。
        交通感知是毫米波雷达附加值最高的应用领域之一。交通感知所使用的毫米波雷达生产成本与车用雷达持平,但售价却为车用雷达的两倍左右,销售利润空间大。车路协同是交通智能化的核心,具备政策支持,中国交通运输部公路科学研究院等国家机构积极助力中国车路协同发展,华为、阿里、百度等巨头也纷纷布局该领域,未来中国车路协同行业将迎来新的发展机遇,将促进毫米波雷达需求量上升。
        智能家居、智慧康养近两年兴起速度较快。下游应用代表性企业包括美的、海尔、格力等家电企业,以及泰康人寿、平安人寿、民政局、公立医院等单位。
五、企业资源分析
(一)企业数量分析
1、2023年国内毫米波雷达产业链核心企业增加到263家
        中国毫米波雷达行业起步虽晚,但发展迅速。据统计,截至2023年6月底,国内毫米波雷达核心环节(芯片和雷达模组)企业增加到263家,相较2019年新增66家。
图表16:2019-2023年国内毫米波雷达企业数量

        从企业的类型分布情况来看,国内注册的毫米波雷达企业中有本土企业244家,占比92.8%,外资企业19家,占7.2%;从产业链环节来看,雷达芯片企业有30家,占比11.4%,雷达模块和整机方案企业233家,占比88.6%。
图表17:2023年中国毫米波雷达企业类型分布

        从企业成立时间段分布情况可以看出,有近70%毫米波雷达企业成立于2015年之后,而且目前仍有大量新进者涌入赛道,充分展现了国内毫米波雷达产业端的增长动力。
图表18:国产毫米波雷达企业成立时间段分布

2、大多数公司业务布局在车载、家居、康养、交通四类市场
        从中国毫米波雷达供应商的业务布局情况来看,在车载应用布局的公司最多,占32%。智能车载、智能家居、智慧康养、智能交通类业务布局公司占比超过86%。
图表19:2023年中国毫米波雷达企业市场布局

        中国汽车制造产业集群整体上展现旺盛需求,在毫米波雷达应用领域处于行业领跑;智能家居、智慧康养领域包括家居照明、全屋智能联动、智能家电到跌倒监测、健康监测毫米波雷达技术应用趋势明显;交通领域从高速公路、城市道路、城市停车到车路协路端感知毫米波雷达呈现拓展态势。
3、2022年新注册毫米波雷达企业12家
        2022年国内共有新增注册毫米波雷达企业12家,其中有8家选择进入康养赛道,具体包括深圳清澜技术、成都贝米睿联、青岛鲲泓智能、上海镭达晶元、上海毫微太科技、成都玛雅光年、深圳微瑞达、上海希卡立。
图表20:2022年以来国内新增毫米波雷达企业

(二)企业区域分布
        从区域分布来看,国内毫米波雷达企业主要分布在东部沿海地区。如图表21所示,其中广东省、上海市和江苏省毫米波雷达企业数量超过30家。其中广东省毫米波雷达企业数量排名延续2022年保持在全国首位,占比达22.5%,这很大程度上得益于深圳、珠海、广州等珠三角地区在电子信息领域多年来的产业积累。
        北京市、浙江省、安徽省和福建省、四川省毫米波雷达企业数量都在在10家以上。此外,伴随着物联网的兴起,毫米波雷达产业在其它区域,如湖南和陕西等地也逐步发展起来。
图表 21:各省市毫米波雷达企业数量占比
        从各省市具体企业分布情况来看,北京市有金茂绿建、木牛领航、川速微波等;广东省有华为、精华隆、承泰科技、云帆瑞达、电目科技等代表公司;上海有矽典微、加特兰、航征科技、纳瓦科技等公司;江苏有苗米科技、慧尔视、楚航科技、雷森科技等;浙江有岸达科技、隔空科技、福瑞泰克、智波科技等。
图表22:2023年中国毫米波雷达企业区域分布图

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