龐振貴

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東廣州510610）

電子測量儀器知識產(chǎn)權(quán)情況分析

龐振貴

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東廣州510610）

通過對電子測量儀器領(lǐng)域相關(guān)專利申請的定量統(tǒng)計和定性分析，從各種類電子測量儀器的發(fā)展?fàn)顟B(tài)、國內(nèi)外主要企業(yè)、主要技術(shù)領(lǐng)域等角度，對電子測量儀器領(lǐng)域的知識產(chǎn)權(quán)發(fā)展情況進(jìn)行了全面的分析，以期從知識產(chǎn)權(quán)的角度反映近些年電子測量儀器的技術(shù)創(chuàng)新能力，以及技術(shù)競爭力的發(fā)展態(tài)勢。

電子測量儀器；專利；知識產(chǎn)權(quán)

0 引言

電子測量儀器是技術(shù)密集、知識密集型產(chǎn)品，是所有電子產(chǎn)品科研、生產(chǎn)、試驗和維修的基本條件與手段。近幾年通信、數(shù)字電視和消費(fèi)電子等市場的迅猛發(fā)展，電子測量儀器行業(yè)迅速向數(shù)字化、智能化方向發(fā)展，產(chǎn)品出現(xiàn)更新?lián)Q代需求，引發(fā)了測試測量儀器市場的迅速增長。

我國的儀器產(chǎn)業(yè)缺乏創(chuàng)新能力，長期習(xí)慣于仿制國外產(chǎn)品，跟不上科學(xué)研究和工程建設(shè)的發(fā)展步伐；高檔儀器幾乎全部依賴進(jìn)口，關(guān)鍵技術(shù)受制于人，一些高精尖的產(chǎn)品，特別是與國防有關(guān)的儀器設(shè)備面臨國外的限制和禁運(yùn)等情況。因此，實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)和重要產(chǎn)品的突破，以及掌握一批核心的自主知識產(chǎn)權(quán)[1]，已成為我國電子測量儀器行業(yè)的主要發(fā)展目標(biāo)。本文主要通過介紹最重要且常用的幾種電子測量儀器，分析我國電子測量儀器的發(fā)展?fàn)顩r。

1 信號發(fā)生器

1.1 信號發(fā)生器概述

信號發(fā)生器常被稱為信號源，包含函數(shù)信號發(fā)生器、射頻信號源、微波信號源和掃頻信號源，以及矢量信號源等。信號源作為通用電子測量儀器，其應(yīng)用十分廣泛，像頻譜分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀的內(nèi)部都要用到信號源技術(shù)。信號源的生產(chǎn)商主要是美國Agilent、美國TEK、德國R&S和日本Anritsu公司。目前合成信號源的頻率范圍已達(dá)到67 GHz。矢量信號源的調(diào)制技術(shù)也是當(dāng)前的一項主要發(fā)展方向，由于數(shù)字通信技術(shù)的需求，各種數(shù)字調(diào)制技術(shù)得到了應(yīng)用，特別是窄脈沖調(diào)制技術(shù)在國防等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。

國際上信號發(fā)生器的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面:1）小型化，進(jìn)一步地減小體積重量和成本；2）加入矢量調(diào)制性能，滿足現(xiàn)代數(shù)字通信領(lǐng)域的測試要求；3）提高調(diào)頻速度和單邊帶相位噪聲，滿足現(xiàn)代雷達(dá)和電子對抗裝備的測試需求；4）VXI模塊化儀器，滿足自動測試領(lǐng)域的需求。美國Agilent公司的模擬信號發(fā)生器的頻率范圍為9 kHz～67 GHz，帶有毫米波信號源模塊，可擴(kuò)展到325 GHz；矢量信號發(fā)生器的頻率范圍為9 kHz～44 GHz，帶有毫米波信號源模塊，可擴(kuò)展到325 GHz。

1.2 信號發(fā)生器的國內(nèi)發(fā)展情況

中電41所的超寬帶合成掃頻信號發(fā)生器，頻率范圍為10 MHz～40 GHz（帶低頻插件可擴(kuò)展至1 `Hz～10 MHz），頻率分辨率為0.1 Hz，穩(wěn)幅輸出功率（-20～+8）dBm，掃描時間10～100 ms。

國內(nèi)前鋒電子儀器公司的數(shù)字矢量調(diào)制信號源QF 3991，I/Q調(diào)制到10 MHz，與美國安立公司“寬達(dá)160 MHz”的矢量調(diào)制帶寬有較大的差距。國產(chǎn)信號發(fā)生器尚不能滿足通信系統(tǒng)的發(fā)展要求，需要盡快地實現(xiàn)技術(shù)突破。

因此，我國信號發(fā)生器的發(fā)展方向主要有: 1）將上限頻率拓展到2 mm波段甚至更高，帶寬覆蓋到60 GHz；

2）進(jìn)一步地開發(fā)高純合成信號源，滿足現(xiàn)代雷達(dá)等軍事裝備的測試需求；

3）適應(yīng)電子對抗領(lǐng)域的測試要求，開發(fā)捷變系列微波、毫米波合成信號發(fā)生器；

4）提高可靠性，針對國內(nèi)用戶的需求而開發(fā)高性價比的信號發(fā)生器。

1.3 信號發(fā)生器的國內(nèi)專利情況

以“信號源或信號發(fā)生”為專利名稱關(guān)鍵詞，搜索到信號發(fā)生器的發(fā)明專利820項，實用新型專利648項。在發(fā)明專利中，科研院所或高校的申請量占到約30%。

2 數(shù)字示波器

2.1 示波器概述

示波器包含模擬示波器、數(shù)字示波器和取樣示波器，以及帶有特殊測量功能的示波器。示波器作為通用的測量設(shè)備，應(yīng)用非常廣泛。數(shù)字示波器在功能上、經(jīng)濟(jì)上和頻帶寬度上都是模擬示波器難以比擬的，因此數(shù)字示波器已逐步地取代模擬示波器，并且數(shù)字示波器的發(fā)展正方興未艾，已有大于10 GHz的產(chǎn)品，數(shù)字取樣示波器的頻帶寬度更是達(dá)到了100 GHz[2]。數(shù)字示波器的主要生產(chǎn)廠商是美國TEK公司、美國Agilent公司和美國LeCory公司。

美國TEK公司（Tektronix）以前是示波器市場的領(lǐng)導(dǎo)者，其擁有全球48%的市場份額。但近5年來，其中高端示波器市場逐步地被Agilent公司超越，低端產(chǎn)品也有很大部分被國產(chǎn)品牌如RIGOL替代。Agilent公司于2013年推出了業(yè)界最大的30.73 cm顯示屏、最先進(jìn)的電容式觸摸屏技術(shù)和觸摸式界面，以及創(chuàng)新的InfiniiScan Zone觸摸觸發(fā)功能，直接觸摸捕捉信號，給操作帶來了非常大的便利，而且整合了多種儀器功能，使示波器的功能更加強(qiáng)大。數(shù)字示波器一般采用數(shù)字信號處理增強(qiáng)技術(shù)或頻域交織技術(shù)來提高其示波器的測試帶寬，達(dá)到16 GHz時遇到硬件技術(shù)瓶頸，原有的方法會增大噪聲密度和失真，并且會對測量精度產(chǎn)生不利的影響。Agilent 90000 X系列具有業(yè)界最低的噪聲和固有抖動，可達(dá)32 GHz模擬帶寬，80 GSa/s采樣率，存儲深度高達(dá)2 Gpts存儲器（每通道50 Mpts標(biāo)準(zhǔn)深度）。

LeCroy的WaveExpert系列示波器包括帶寬為100 GHz的型號，是能夠消除傳統(tǒng)采樣示波器諸多限制的第一批近似實時示波器（NRO）產(chǎn)品。該示波器利用基于Picosecond Pulse Labs公司的非線型傳輸線（NLTL）技術(shù)的前端來獲得高帶寬。Wave-Expert系列示波器具有采集速度高的特點（信號采集速度比傳統(tǒng)的采樣示波器快100倍），并提供了應(yīng)答式圖形用戶界面（GUI）和功能強(qiáng)大的分析工具組件，這些功能均是通過LeCroy的加速通量架構(gòu)（ATA）新技術(shù)實現(xiàn)的，ATA技術(shù)的基礎(chǔ)是LeCroy公司特有的相干交叉采樣（CIS）模式。

2.2 示波器的國內(nèi)發(fā)展情況

對于示波器這類市場需求較大的產(chǎn)品，由于國內(nèi)在數(shù)字化、智能化水平上不能滿足市場的要求，使得國內(nèi)市場大量被國外產(chǎn)品占據(jù)。

我國自主研發(fā)示波器的企業(yè)主要有RIGOL、江蘇綠揚(yáng)、深圳安泰信和華東電子測量儀器研究所，生產(chǎn)的數(shù)字示波器最高帶寬已達(dá)到了1 GHz，占有了一定的低端市場，而且有少量產(chǎn)品出口，可以說是取得了很大的突破。

北京普源精電科技有限公司（RIGOL）擁有核心技術(shù)——數(shù)字存儲示波器的等效采樣技術(shù)，是國內(nèi)發(fā)展最快的高科技企業(yè)之一。推出的示波器DS 6000系列，帶寬高達(dá)1 GHz，采樣率高達(dá)5 GSa/s，是具有同類產(chǎn)品中最深的存儲深度和最高的波形捕獲率的高性能通用數(shù)字示波器，其中使用了RIGOL專門針對高頻率噪聲信號的專利技術(shù)——可調(diào)觸發(fā)靈敏度。RIGOL在國際市場上，產(chǎn)品已銷往全球60多個國家和地區(qū)，出口額占到銷售額的50%，已成為國內(nèi)示波器的標(biāo)桿廠家。

示波器市場中最大的主流市場是帶寬為200～500 MHz之間的產(chǎn)品。200～500 MHz示波器的應(yīng)用以企業(yè)研發(fā)為主，也包括一部分工業(yè)控制、軍工、國防和研究院所。很多中高端用戶選擇示波器時，大多選擇200～500 MHz之間的產(chǎn)品，目前國內(nèi)示波器已經(jīng)開始覆蓋這個范圍，并搶奪了大量的進(jìn)口儀器市場。但是，由于我國半導(dǎo)體技術(shù)的落后，高端的芯片依靠進(jìn)口，造成了嚴(yán)重的技術(shù)壁壘。因此，應(yīng)加大研究力度，加大資金投入，及時、迅速地推出高性能產(chǎn)品來搶占市場。

2.3 數(shù)字示波器的國內(nèi)專利情況

在專利檢索庫中搜索到數(shù)字示波器的發(fā)明專利235項，實用新型專利152項。其中，國外發(fā)明專利26項，基本上都是美國企業(yè)申請。國內(nèi)企業(yè)數(shù)字示波器專利80%是近5年申請，其中，北京普源精電科技有限公司發(fā)明專利53項，實用新型專利12項，江蘇綠揚(yáng)發(fā)明專利10項，國內(nèi)發(fā)明專利中的約25%為科研院所或高校申請。

3 頻譜分析儀

3.1 頻譜分析儀概述

頻譜分析儀是把信號的能量分布情況作為頻率的函數(shù)顯示出來的測量儀器，按工作原理分為實時型和掃頻型兩類。頻譜分析儀作為射頻和微波的頻域分析儀器有著廣泛的應(yīng)用[3]，頻譜分析儀的生產(chǎn)商主要是美國Agilent、德國R&S和日本Anritsu、Advantest公司。頻譜分析儀向著更高的頻率方向發(fā)展，目前市場上已有67 GHz的頻譜分析儀；同時，提高頻譜分析儀的信噪比，擴(kuò)展動態(tài)測量量程和提高小信號測量的準(zhǔn)確度也是頻譜分析儀的一個發(fā)展方向。

美國Agilent公司的E 4448A PSA系列頻譜分析儀，頻率范圍3 Hz～50 GHz，測量靈敏度高達(dá)-169 dBm（接近物理界熱噪聲-174 dBm）。

德國R&S公司的FSU 67頻譜分析儀，可以在一次掃描中完成從20 Hz～67 GHz范圍內(nèi)的諧波或雜散測量，而不需外部諧波混頻器。本底噪聲低至-152 dBm（1 Hz帶寬，2 GHz）和-130 dBm（1 Hz帶寬，67 GHz）。它還提供了很多的濾波器特性可供選擇，分辨率帶寬從1 Hz～50 MHz，以及全面的測量功能，包括對寬帶信號的精確功率測量。它具有高測量精度和優(yōu)異的RF性能，這些特性在微波部件的研發(fā)和生產(chǎn)中尤其有用。

3.2 頻譜分析儀的國內(nèi)發(fā)展情況

國睿安泰信（RGATTEN）、北京普源精電（RIGOL）是國內(nèi)生產(chǎn)工業(yè)民用頻譜分析儀的領(lǐng)先企業(yè)，具有1 GHz和3 GHz頻譜分析儀系列。

中電41所的AV 4035寬帶頻譜分析儀能以同軸方式直接覆蓋從30 Hz～50 GHz的頻率測量范圍，可對調(diào)制信號、諧波失真、三階交調(diào)、激勵響應(yīng)和脈沖射頻信號，以及相位噪聲等多種類型的信號進(jìn)行測量與分析，已經(jīng)達(dá)到了國際先進(jìn)水平；而且中電41所頻譜分析儀已有少量出口，它代表了我國高技術(shù)產(chǎn)品出口品種在逐漸地增加。

3.3 頻譜分析儀的國內(nèi)專利情況

在專利檢索庫中搜索到頻譜分析相關(guān)的發(fā)明專利1 606項，其中，國內(nèi)發(fā)明專利1 211項，國外發(fā)明專利395項；實用新型198項。內(nèi)地發(fā)明專利中約38%為科研院所或高校申請。

4 阻抗分析儀

電子元件測試最常用的儀器是LCR數(shù)字測量儀，也被稱為LCR數(shù)字電橋，有些也被叫做阻抗分析儀，主要是用來測量分立元件的頻率特性和精確阻抗。

目前LCR測量儀的發(fā)展速度非?？?，幾乎取代了所有的手動式電子元件測試儀器，其測量精度可高達(dá)±0.02%，頻率范圍不斷展寬（從20 Hz到數(shù)10 GHz），測量參數(shù)也越來越多。在電子元件測試領(lǐng)域，LCR測量儀起著非常重要的作用。

阻抗測量方法有多種，根據(jù)頻率范圍有不同的選擇。其中，自動平衡電橋法是直至110 MHz頻率的最佳選擇；對于100 MHz～3 GHz的測量，RF I-V法有最好的測量能力；對于3 G以上的頻率，一般采用網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)。射頻阻抗分析儀采用矢量阻抗測量方法，信號源通常采用頻率合成技術(shù)，測試信號分別經(jīng)由被測件的測試通道和提供參考電壓的參數(shù)通道，由矢量比檢測器轉(zhuǎn)換成阻抗參量。此類阻抗分析儀常用于高Q器件和電路，測量分立元件（L，C，R）的高頻特性和電路阻抗[4-5]。

國內(nèi)LCR數(shù)字電橋的主要廠家有常州同惠、常州揚(yáng)子、寧波中策、上海儀器儀表研究所和天津無線電六廠等。

常州同惠可以提供完整的低頻LCR測試儀器選擇方案，產(chǎn)品系列涵蓋20 Hz～2 MHz的測試頻率范圍，已具備替代國外同等產(chǎn)品的能力，市場銷量也不錯。

中電41所的AV 2782型精密LCR測試儀，頻率范圍75 kHz～30 MHz，阻抗測量的基本準(zhǔn)確度為0.1%，是目前國內(nèi)最高測試頻率的阻抗分析儀。

國內(nèi)LCR數(shù)字電橋基本是低于2 MHz的低頻阻抗分析儀，而國外，如采用自動平衡電橋技術(shù)的Agilent 4294A阻抗分析儀測量頻率為40 Hz～110 MHz；采用RF I-V技術(shù)的Agilent 4287A RF LCR表可提供從1 MHz～3 GHz的精確、可靠和快速測量。國內(nèi)阻抗分析儀仍需進(jìn)一步地拓展其測量范圍。

5 結(jié)束語

我國電子測量儀器企業(yè)擁有專利情況，以行業(yè)具有代表性的單位為例，統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。

（備注:統(tǒng)計數(shù)據(jù)是以單位名稱為申請人，在國家知識產(chǎn)權(quán)局專利檢索庫中檢索而來。）

從調(diào)查結(jié)果來看，跨國企業(yè)在我國的專利布局已形成較大的規(guī)模，例如:美國安捷倫在我國申請發(fā)明專利777項、實用新型專利27項；日本愛德萬申請發(fā)明專利475項。國外領(lǐng)先企業(yè)發(fā)明專利的數(shù)量多且技術(shù)含量較高。國內(nèi)只有幾家儀器企業(yè)取得很大進(jìn)步，也擁有了一定的專利，例如:中電41所申請發(fā)明專利402項，北京普源精電擁有發(fā)明專利217項。

結(jié)合市場來看，近10年國內(nèi)企業(yè)發(fā)展最好、最快的有數(shù)字示波器、LCR測試儀、頻譜分析儀和數(shù)字電視測量儀器，均積累了一定的技術(shù)并占領(lǐng)了國內(nèi)中低端市場，涌現(xiàn)了幾家有代表性的企業(yè)，但高頻、高帶寬的產(chǎn)品仍然差距巨大，網(wǎng)絡(luò)分析儀、通信測試儀等相對高端的儀器，專利數(shù)量只占到30%，短時間內(nèi)仍然無法打破國外企業(yè)的壟斷地位，國內(nèi)高新技術(shù)企業(yè)任重而道遠(yuǎn)。

[1]（美）波特（PORTER A L），（美）坎寧安（CUNNINGHAM S W）技術(shù)挖掘與專利分析[M].第1版.陳燕，譯.北京:清華大學(xué)出版社，2001.

[2]孫燈亮.數(shù)字示波器原理和應(yīng)用[M].第1版.上海:上海交通大學(xué)出版社，2012.

[3]李劍雄.頻譜分析儀與測量技術(shù)基礎(chǔ)[M].第1版.北京:人民郵電出版社，2011.

[4]韓建國，翁維勤，柯靜潔.現(xiàn)代電子測量技術(shù)[M].第2版.北京:中國計量出版社，2003.

[5]遼寧省質(zhì)量計量檢測研究院.無線電計量[M].第1版.北京:中國計量出版社，1999.

Analysis of Intellectual Property Rights on Electronic
Measurement Instruments

PANG Zhen-gui
（CEPREI，Guangzhou 510610，China）

Based on the quantitative statistics and qualitative analysis ofthe electronic measuring instruments related patent applications，the status of intellectual property related to electronic measurement instrument is thoroughly analyzed from the view points of the development of measurement instruments，main enterprises and main technologies in order to reflectthe trends in technical innovation ability and competitiveness of electronic measurement instrumentsinrecent yearsfrom the view of intellectual property.

electronic measuring instrument；patent；intellectual property

TM 93；G 255.53

：A

：1672-5468（2014）04-0045-05

10.3969/j.issn.1672-5468.2014.04.010

2014-01-29

2014-05-07

龐振貴（1955-），男，廣西南寧人，工業(yè)和信息化部電子第五研究所賽寶計量檢測中心工程師，主要從事電子測量儀器校準(zhǔn)技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)工作。