電子測(cè)量?jī)x器知識(shí)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）

電子測(cè)量?jī)x器知識(shí)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(guò)對(duì)電子測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)的定量統(tǒng)計(jì)和定性分析，從各種類(lèi)電子測(cè)量?jī)x器的發(fā)展?fàn)顟B(tài)、國(guó)內(nèi)外主要企業(yè)、主要技術(shù)領(lǐng)域等角度，對(duì)電子測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域的知識(shí)產(chǎn)權(quán)發(fā)展情況進(jìn)行了全面的分析，以期從知識(shí)產(chǎn)權(quán)的角度反映近些年電子測(cè)量?jī)x器的技術(shù)創(chuàng)新能力，以及技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力的發(fā)展態(tài)勢(shì)。

電子測(cè)量?jī)x器；專(zhuān)利；知識(shí)產(chǎn)權(quán)

0 引言

電子測(cè)量?jī)x器是技術(shù)密集、知識(shí)密集型產(chǎn)品，是所有電子產(chǎn)品科研、生產(chǎn)、試驗(yàn)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(chǎng)的迅猛發(fā)展，電子測(cè)量?jī)x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(cè)試測(cè)量?jī)x器市場(chǎng)的迅速增長(zhǎng)。

我國(guó)的儀器產(chǎn)業(yè)缺乏創(chuàng)新能力，長(zhǎng)期習(xí)慣于仿制國(guó)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(lài)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(guó)防有關(guān)的儀器設(shè)備面臨國(guó)外的限制和禁運(yùn)等情況。因此，實(shí)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(shí)產(chǎn)權(quán)[1]，已成為我國(guó)電子測(cè)量?jī)x器行業(yè)的主要發(fā)展目標(biāo)。本文主要通過(guò)介紹最重要且常用的幾種電子測(cè)量?jī)x器，分析我國(guó)電子測(cè)量?jī)x器的發(fā)展?fàn)顩r。

1 信號(hào)發(fā)生器

1.1 信號(hào)發(fā)生器概述

信號(hào)發(fā)生器常被稱(chēng)為信號(hào)源，包含函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、射頻信號(hào)源、微波信號(hào)源和掃頻信號(hào)源，以及矢量信號(hào)源等。信號(hào)源作為通用電子測(cè)量?jī)x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(hào)源技術(shù)。信號(hào)源的生產(chǎn)商主要是美國(guó)Agilent、美國(guó)TEK、德國(guó)R&S和日本Anritsu公司。目前合成信號(hào)源的頻率范圍已達(dá)到67 GHz。矢量信號(hào)源的調(diào)制技術(shù)也是當(dāng)前的一項(xiàng)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(guó)防等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。

國(guó)際上信號(hào)發(fā)生器的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)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(mǎn)足現(xiàn)代數(shù)字通信領(lǐng)域的測(cè)試要求；3）提高調(diào)頻速度和單邊帶相位噪聲，滿(mǎn)足現(xiàn)代雷達(dá)和電子對(duì)抗裝備的測(cè)試需求；4）VXI模塊化儀器，滿(mǎn)足自動(dòng)測(cè)試領(lǐng)域的需求。美國(guó)Agilent公司的模擬信號(hào)發(fā)生器的頻率范圍為9 kHz～67 GHz，帶有毫米波信號(hào)源模塊，可擴(kuò)展到325 GHz；矢量信號(hào)發(fā)生器的頻率范圍為9 kHz～44 GHz，帶有毫米波信號(hào)源模塊，可擴(kuò)展到325 GHz。

1.2 信號(hào)發(fā)生器的國(guó)內(nèi)發(fā)展情況

中電41所的超寬帶合成掃頻信號(hào)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(shí)間10～100 ms。

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

因此，我國(guó)信號(hào)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(kāi)發(fā)高純合成信號(hào)源，滿(mǎn)足現(xiàn)代雷達(dá)等軍事裝備的測(cè)試需求；

3）適應(yīng)電子對(duì)抗領(lǐng)域的測(cè)試要求，開(kāi)發(fā)捷變系列微波、毫米波合成信號(hào)發(fā)生器；

4）提高可靠性，針對(duì)國(guó)內(nèi)用戶(hù)的需求而開(kāi)發(fā)高性?xún)r(jià)比的信號(hào)發(fā)生器。

1.3 信號(hào)發(fā)生器的國(guó)內(nèi)專(zhuān)利情況

以“信號(hào)源或信號(hào)發(fā)生”為專(zhuān)利名稱(chēng)關(guān)鍵詞，搜索到信號(hào)發(fā)生器的發(fā)明專(zhuān)利820項(xiàng)，實(shí)用新型專(zhuān)利648項(xiàng)。在發(fā)明專(zhuān)利中，科研院所或高校的申請(qǐng)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(cè)量功能的示波器。示波器作為通用的測(cè)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(chǎng)商是美國(guó)TEK公司、美國(guó)Agilent公司和美國(guó)LeCory公司。

美國(guó)TEK公司（Tektronix）以前是示波器市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者，其擁有全球48%的市場(chǎng)份額。但近5年來(lái)，其中高端示波器市場(chǎng)逐步地被Agilent公司超越，低端產(chǎn)品也有很大部分被國(guó)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(hào)，給操作帶來(lái)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(hào)處理增強(qiáng)技術(shù)或頻域交織技術(shù)來(lái)提高其示波器的測(cè)試帶寬，達(dá)到16 GHz時(shí)遇到硬件技術(shù)瓶頸，原有的方法會(huì)增大噪聲密度和失真，并且會(huì)對(duì)測(cè)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(dòng)，可達(dá)32 GHz模擬帶寬，80 GSa/s采樣率，存儲(chǔ)深度高達(dá)2 Gpts存儲(chǔ)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(hào)，是能夠消除傳統(tǒng)采樣示波器諸多限制的第一批近似實(shí)時(shí)示波器（NRO）產(chǎn)品。該示波器利用基于Picosecond Pulse Labs公司的非線(xiàn)型傳輸線(xiàn)（NLTL）技術(shù)的前端來(lái)獲得高帶寬。Wave-Expert系列示波器具有采集速度高的特點(diǎn)（信號(hào)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(hù)界面（GUI）和功能強(qiáng)大的分析工具組件，這些功能均是通過(guò)LeCroy的加速通量架構(gòu)（ATA）新技術(shù)實(shí)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(guó)內(nèi)發(fā)展情況

對(duì)于示波器這類(lèi)市場(chǎng)需求較大的產(chǎn)品，由于國(guó)內(nèi)在數(shù)字化、智能化水平上不能滿(mǎn)足市場(chǎng)的要求，使得國(guó)內(nèi)市場(chǎng)大量被國(guó)外產(chǎn)品占據(jù)。

我國(guó)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(cè)量?jī)x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(chǎng)，而且有少量產(chǎn)品出口，可以說(shuō)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(chǔ)示波器的等效采樣技術(shù)，是國(guó)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(lèi)產(chǎn)品中最深的存儲(chǔ)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(zhuān)門(mén)針對(duì)高頻率噪聲信號(hào)的專(zhuān)利技術(shù)——可調(diào)觸發(fā)靈敏度。RIGOL在國(guó)際市場(chǎng)上，產(chǎn)品已銷(xiāo)往全球60多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，出口額占到銷(xiāo)售額的50%，已成為國(guó)內(nèi)示波器的標(biāo)桿廠(chǎng)家。

示波器市場(chǎng)中最大的主流市場(chǎng)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(guó)防和研究院所。很多中高端用戶(hù)選擇示波器時(shí)，大多選擇200～500 MHz之間的產(chǎn)品，目前國(guó)內(nèi)示波器已經(jīng)開(kāi)始覆蓋這個(gè)范圍，并搶奪了大量的進(jìn)口儀器市場(chǎng)。但是，由于我國(guó)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(shí)、迅速地推出高性能產(chǎn)品來(lái)?yè)屨际袌?chǎng)。

2.3 數(shù)字示波器的國(guó)內(nèi)專(zhuān)利情況

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

3 頻譜分析儀

3.1 頻譜分析儀概述

頻譜分析儀是把信號(hào)的能量分布情況作為頻率的函數(shù)顯示出來(lái)的測(cè)量?jī)x器，按工作原理分為實(shí)時(shí)型和掃頻型兩類(lèi)。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(guó)Agilent、德國(guó)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(chǎng)上已有67 GHz的頻譜分析儀；同時(shí)，提高頻譜分析儀的信噪比，擴(kuò)展動(dòng)態(tài)測(cè)量量程和提高小信號(hào)測(cè)量的準(zhǔn)確度也是頻譜分析儀的一個(gè)發(fā)展方向。

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

德國(guó)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(cè)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(cè)量功能，包括對(duì)寬帶信號(hào)的精確功率測(cè)量。它具有高測(cè)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(guó)內(nèi)發(fā)展情況

國(guó)睿安泰信（RGATTEN）、北京普源精電（RIGOL）是國(guó)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(cè)量范圍，可對(duì)調(diào)制信號(hào)、諧波失真、三階交調(diào)、激勵(lì)響應(yīng)和脈沖射頻信號(hào)，以及相位噪聲等多種類(lèi)型的信號(hào)進(jìn)行測(cè)量與分析，已經(jīng)達(dá)到了國(guó)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(guó)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(guó)內(nèi)專(zhuān)利情況

在專(zhuān)利檢索庫(kù)中搜索到頻譜分析相關(guān)的發(fā)明專(zhuān)利1 606項(xiàng)，其中，國(guó)內(nèi)發(fā)明專(zhuān)利1 211項(xiàng)，國(guó)外發(fā)明專(zhuān)利395項(xiàng)；實(shí)用新型198項(xiàng)。內(nèi)地發(fā)明專(zhuān)利中約38%為科研院所或高校申請(qǐng)。

4 阻抗分析儀

電子元件測(cè)試最常用的儀器是LCR數(shù)字測(cè)量?jī)x，也被稱(chēng)為L(zhǎng)CR數(shù)字電橋，有些也被叫做阻抗分析儀，主要是用來(lái)測(cè)量分立元件的頻率特性和精確阻抗。

目前LCR測(cè)量?jī)x的發(fā)展速度非?？?，幾乎取代了所有的手動(dòng)式電子元件測(cè)試儀器，其測(cè)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(cè)量參數(shù)也越來(lái)越多。在電子元件測(cè)試領(lǐng)域，LCR測(cè)量?jī)x起著非常重要的作用。

阻抗測(cè)量方法有多種，根據(jù)頻率范圍有不同的選擇。其中，自動(dòng)平衡電橋法是直至110 MHz頻率的最佳選擇；對(duì)于100 MHz～3 GHz的測(cè)量，RF I-V法有最好的測(cè)量能力；對(duì)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(cè)量方法，信號(hào)源通常采用頻率合成技術(shù)，測(cè)試信號(hào)分別經(jīng)由被測(cè)件的測(cè)試通道和提供參考電壓的參數(shù)通道，由矢量比檢測(cè)器轉(zhuǎn)換成阻抗參量。此類(lèi)阻抗分析儀常用于高Q器件和電路，測(cè)量分立元件（L，C，R）的高頻特性和電路阻抗[4-5]。

國(guó)內(nèi)LCR數(shù)字電橋的主要廠(chǎng)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(wú)線(xiàn)電六廠(chǎng)等。

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

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

國(guó)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(guó)外，如采用自動(dòng)平衡電橋技術(shù)的Agilent 4294A阻抗分析儀測(cè)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(cè)量。國(guó)內(nèi)阻抗分析儀仍需進(jìn)一步地拓展其測(cè)量范圍。

5 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)電子測(cè)量?jī)x器企業(yè)擁有專(zhuān)利情況，以行業(yè)具有代表性的單位為例，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

（備注:統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)是以單位名稱(chēng)為申請(qǐng)人，在國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利檢索庫(kù)中檢索而來(lái)。）

從調(diào)查結(jié)果來(lái)看，跨國(guó)企業(yè)在我國(guó)的專(zhuān)利布局已形成較大的規(guī)模，例如:美國(guó)安捷倫在我國(guó)申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利777項(xiàng)、實(shí)用新型專(zhuān)利27項(xiàng)；日本愛(ài)德萬(wàn)申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利475項(xiàng)。國(guó)外領(lǐng)先企業(yè)發(fā)明專(zhuān)利的數(shù)量多且技術(shù)含量較高。國(guó)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(zhuān)利，例如:中電41所申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利402項(xiàng)，北京普源精電擁有發(fā)明專(zhuān)利217項(xiàng)。

結(jié)合市場(chǎng)來(lái)看，近10年國(guó)內(nèi)企業(yè)發(fā)展最好、最快的有數(shù)字示波器、LCR測(cè)試儀、頻譜分析儀和數(shù)字電視測(cè)量?jī)x器，均積累了一定的技術(shù)并占領(lǐng)了國(guó)內(nèi)中低端市場(chǎng)，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(cè)試儀等相對(duì)高端的儀器，專(zhuān)利數(shù)量只占到30%，短時(shí)間內(nèi)仍然無(wú)法打破國(guó)外企業(yè)的壟斷地位，國(guó)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(zhuān)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(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)[M].第1版.北京:人民郵電出版社，2011.

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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(jì)量檢測(cè)中心工程師，主要從事電子測(cè)量?jī)x器校準(zhǔn)技術(shù)研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工作。