电子测量仪器知识产权情况分析

庞振贵

（工业和信息化部电子第五研究所，广东广州510610）

电子测量仪器知识产权情况分析

庞振贵

（工业和信息化部电子第五研究所，广东广州510610）

通过对电子测量仪器领域相关专利申请的定量统计和定性分析，从各种类电子测量仪器的发展状态、国内外主要企业、主要技术领域等角度，对电子测量仪器领域的知识产权发展情况进行了全面的分析，以期从知识产权的角度反映近些年电子测量仪器的技术创新能力，以及技术竞争力的发展态势。

电子测量仪器；专利；知识产权

0 引言

电子测量仪器是技术密集、知识密集型产品，是所有电子产品科研、生产、试验和维修的基本条件与手段。近几年通信、数字电视和消费电子等市场的迅猛发展，电子测量仪器行业迅速向数字化、智能化方向发展，产品出现更新换代需求，引发了测试测量仪器市场的迅速增长。

我国的仪器产业缺乏创新能力，长期习惯于仿制国外产品，跟不上科学研究和工程建设的发展步伐；高档仪器几乎全部依赖进口，关键技术受制于人，一些高精尖的产品，特别是与国防有关的仪器设备面临国外的限制和禁运等情况。因此，实现关键技术和重要产品的突破，以及掌握一批核心的自主知识产权[1]，已成为我国电子测量仪器行业的主要发展目标。本文主要通过介绍最重要且常用的几种电子测量仪器，分析我国电子测量仪器的发展状况。

1 信号发生器

1.1 信号发生器概述

信号发生器常被称为信号源，包含函数信号发生器、射频信号源、微波信号源和扫频信号源，以及矢量信号源等。信号源作为通用电子测量仪器，其应用十分广泛，像频谱分析仪、网络分析仪的内部都要用到信号源技术。信号源的生产商主要是美国Agilent、美国TEK、德国R&S和日本Anritsu公司。目前合成信号源的频率范围已达到67 GHz。矢量信号源的调制技术也是当前的一项主要发展方向，由于数字通信技术的需求，各种数字调制技术得到了应用，特别是窄脉冲调制技术在国防等领域有重要的应用。

国际上信号发生器的发展趋势主要体现在以下几个方面:1）小型化，进一步地减小体积重量和成本；2）加入矢量调制性能，满足现代数字通信领域的测试要求；3）提高调频速度和单边带相位噪声，满足现代雷达和电子对抗装备的测试需求；4）VXI模块化仪器，满足自动测试领域的需求。美国Agilent公司的模拟信号发生器的频率范围为9 kHz～67 GHz，带有毫米波信号源模块，可扩展到325 GHz；矢量信号发生器的频率范围为9 kHz～44 GHz，带有毫米波信号源模块，可扩展到325 GHz。

1.2 信号发生器的国内发展情况

中电41所的超宽带合成扫频信号发生器，频率范围为10 MHz～40 GHz（带低频插件可扩展至1 `Hz～10 MHz），频率分辨率为0.1 Hz，稳幅输出功率（-20～+8）dBm，扫描时间10～100 ms。

国内前锋电子仪器公司的数字矢量调制信号源QF 3991，I/Q调制到10 MHz，与美国安立公司“宽达160 MHz”的矢量调制带宽有较大的差距。国产信号发生器尚不能满足通信系统的发展要求，需要尽快地实现技术突破。

因此，我国信号发生器的发展方向主要有: 1）将上限频率拓展到2 mm波段甚至更高，带宽覆盖到60 GHz；

2）进一步地开发高纯合成信号源，满足现代雷达等军事装备的测试需求；

3）适应电子对抗领域的测试要求，开发捷变系列微波、毫米波合成信号发生器；

4）提高可靠性，针对国内用户的需求而开发高性价比的信号发生器。

1.3 信号发生器的国内专利情况

以“信号源或信号发生”为专利名称关键词，搜索到信号发生器的发明专利820项，实用新型专利648项。在发明专利中，科研院所或高校的申请量占到约30%。

2 数字示波器

2.1 示波器概述

示波器包含模拟示波器、数字示波器和取样示波器，以及带有特殊测量功能的示波器。示波器作为通用的测量设备，应用非常广泛。数字示波器在功能上、经济上和频带宽度上都是模拟示波器难以比拟的，因此数字示波器已逐步地取代模拟示波器，并且数字示波器的发展正方兴未艾，已有大于10 GHz的产品，数字取样示波器的频带宽度更是达到了100 GHz[2]。数字示波器的主要生产厂商是美国TEK公司、美国Agilent公司和美国LeCory公司。

美国TEK公司（Tektronix）以前是示波器市场的领导者，其拥有全球48%的市场份额。但近5年来，其中高端示波器市场逐步地被Agilent公司超越，低端产品也有很大部分被国产品牌如RIGOL替代。Agilent公司于2013年推出了业界最大的30.73 cm显示屏、最先进的电容式触摸屏技术和触摸式界面，以及创新的InfiniiScan Zone触摸触发功能，直接触摸捕捉信号，给操作带来了非常大的便利，而且整合了多种仪器功能，使示波器的功能更加强大。数字示波器一般采用数字信号处理增强技术或频域交织技术来提高其示波器的测试带宽，达到16 GHz时遇到硬件技术瓶颈，原有的方法会增大噪声密度和失真，并且会对测量精度产生不利的影响。Agilent 90000 X系列具有业界最低的噪声和固有抖动，可达32 GHz模拟带宽，80 GSa/s采样率，存储深度高达2 Gpts存储器（每通道50 Mpts标准深度）。

LeCroy的WaveExpert系列示波器包括带宽为100 GHz的型号，是能够消除传统采样示波器诸多限制的第一批近似实时示波器（NRO）产品。该示波器利用基于Picosecond Pulse Labs公司的非线型传输线（NLTL）技术的前端来获得高带宽。Wave-Expert系列示波器具有采集速度高的特点（信号采集速度比传统的采样示波器快100倍），并提供了应答式图形用户界面（GUI）和功能强大的分析工具组件，这些功能均是通过LeCroy的加速通量架构（ATA）新技术实现的，ATA技术的基础是LeCroy公司特有的相干交叉采样（CIS）模式。

2.2 示波器的国内发展情况

对于示波器这类市场需求较大的产品，由于国内在数字化、智能化水平上不能满足市场的要求，使得国内市场大量被国外产品占据。

我国自主研发示波器的企业主要有RIGOL、江苏绿扬、深圳安泰信和华东电子测量仪器研究所，生产的数字示波器最高带宽已达到了1 GHz，占有了一定的低端市场，而且有少量产品出口，可以说是取得了很大的突破。

北京普源精电科技有限公司（RIGOL）拥有核心技术——数字存储示波器的等效采样技术，是国内发展最快的高科技企业之一。推出的示波器DS 6000系列，带宽高达1 GHz，采样率高达5 GSa/s，是具有同类产品中最深的存储深度和最高的波形捕获率的高性能通用数字示波器，其中使用了RIGOL专门针对高频率噪声信号的专利技术——可调触发灵敏度。RIGOL在国际市场上，产品已销往全球60多个国家和地区，出口额占到销售额的50%，已成为国内示波器的标杆厂家。

示波器市场中最大的主流市场是带宽为200～500 MHz之间的产品。200～500 MHz示波器的应用以企业研发为主，也包括一部分工业控制、军工、国防和研究院所。很多中高端用户选择示波器时，大多选择200～500 MHz之间的产品，目前国内示波器已经开始覆盖这个范围，并抢夺了大量的进口仪器市场。但是，由于我国半导体技术的落后，高端的芯片依靠进口，造成了严重的技术壁垒。因此，应加大研究力度，加大资金投入，及时、迅速地推出高性能产品来抢占市场。

2.3 数字示波器的国内专利情况

在专利检索库中搜索到数字示波器的发明专利235项，实用新型专利152项。其中，国外发明专利26项，基本上都是美国企业申请。国内企业数字示波器专利80%是近5年申请，其中，北京普源精电科技有限公司发明专利53项，实用新型专利12项，江苏绿扬发明专利10项，国内发明专利中的约25%为科研院所或高校申请。

3 频谱分析仪

3.1 频谱分析仪概述

频谱分析仪是把信号的能量分布情况作为频率的函数显示出来的测量仪器，按工作原理分为实时型和扫频型两类。频谱分析仪作为射频和微波的频域分析仪器有着广泛的应用[3]，频谱分析仪的生产商主要是美国Agilent、德国R&S和日本Anritsu、Advantest公司。频谱分析仪向着更高的频率方向发展，目前市场上已有67 GHz的频谱分析仪；同时，提高频谱分析仪的信噪比，扩展动态测量量程和提高小信号测量的准确度也是频谱分析仪的一个发展方向。

美国Agilent公司的E 4448A PSA系列频谱分析仪，频率范围3 Hz～50 GHz，测量灵敏度高达-169 dBm（接近物理界热噪声-174 dBm）。

德国R&S公司的FSU 67频谱分析仪，可以在一次扫描中完成从20 Hz～67 GHz范围内的谐波或杂散测量，而不需外部谐波混频器。本底噪声低至-152 dBm（1 Hz带宽，2 GHz）和-130 dBm（1 Hz带宽，67 GHz）。它还提供了很多的滤波器特性可供选择，分辨率带宽从1 Hz～50 MHz，以及全面的测量功能，包括对宽带信号的精确功率测量。它具有高测量精度和优异的RF性能，这些特性在微波部件的研发和生产中尤其有用。

3.2 频谱分析仪的国内发展情况

国睿安泰信（RGATTEN）、北京普源精电（RIGOL）是国内生产工业民用频谱分析仪的领先企业，具有1 GHz和3 GHz频谱分析仪系列。

中电41所的AV 4035宽带频谱分析仪能以同轴方式直接覆盖从30 Hz～50 GHz的频率测量范围，可对调制信号、谐波失真、三阶交调、激励响应和脉冲射频信号，以及相位噪声等多种类型的信号进行测量与分析，已经达到了国际先进水平；而且中电41所频谱分析仪已有少量出口，它代表了我国高技术产品出口品种在逐渐地增加。

3.3 频谱分析仪的国内专利情况

在专利检索库中搜索到频谱分析相关的发明专利1 606项，其中，国内发明专利1 211项，国外发明专利395项；实用新型198项。内地发明专利中约38%为科研院所或高校申请。

4 阻抗分析仪

电子元件测试最常用的仪器是LCR数字测量仪，也被称为LCR数字电桥，有些也被叫做阻抗分析仪，主要是用来测量分立元件的频率特性和精确阻抗。

目前LCR测量仪的发展速度非常快，几乎取代了所有的手动式电子元件测试仪器，其测量精度可高达±0.02%，频率范围不断展宽（从20 Hz到数10 GHz），测量参数也越来越多。在电子元件测试领域，LCR测量仪起着非常重要的作用。

阻抗测量方法有多种，根据频率范围有不同的选择。其中，自动平衡电桥法是直至110 MHz频率的最佳选择；对于100 MHz～3 GHz的测量，RF I-V法有最好的测量能力；对于3 G以上的频率，一般采用网络分析技术。射频阻抗分析仪采用矢量阻抗测量方法，信号源通常采用频率合成技术，测试信号分别经由被测件的测试通道和提供参考电压的参数通道，由矢量比检测器转换成阻抗参量。此类阻抗分析仪常用于高Q器件和电路，测量分立元件（L，C，R）的高频特性和电路阻抗[4-5]。

国内LCR数字电桥的主要厂家有常州同惠、常州扬子、宁波中策、上海仪器仪表研究所和天津无线电六厂等。

常州同惠可以提供完整的低频LCR测试仪器选择方案，产品系列涵盖20 Hz～2 MHz的测试频率范围，已具备替代国外同等产品的能力，市场销量也不错。

中电41所的AV 2782型精密LCR测试仪，频率范围75 kHz～30 MHz，阻抗测量的基本准确度为0.1%，是目前国内最高测试频率的阻抗分析仪。

国内LCR数字电桥基本是低于2 MHz的低频阻抗分析仪，而国外，如采用自动平衡电桥技术的Agilent 4294A阻抗分析仪测量频率为40 Hz～110 MHz；采用RF I-V技术的Agilent 4287A RF LCR表可提供从1 MHz～3 GHz的精确、可靠和快速测量。国内阻抗分析仪仍需进一步地拓展其测量范围。

5 结束语

我国电子测量仪器企业拥有专利情况，以行业具有代表性的单位为例，统计结果如表1所示。

（备注:统计数据是以单位名称为申请人，在国家知识产权局专利检索库中检索而来。）

从调查结果来看，跨国企业在我国的专利布局已形成较大的规模，例如:美国安捷伦在我国申请发明专利777项、实用新型专利27项；日本爱德万申请发明专利475项。国外领先企业发明专利的数量多且技术含量较高。国内只有几家仪器企业取得很大进步，也拥有了一定的专利，例如:中电41所申请发明专利402项，北京普源精电拥有发明专利217项。

结合市场来看，近10年国内企业发展最好、最快的有数字示波器、LCR测试仪、频谱分析仪和数字电视测量仪器，均积累了一定的技术并占领了国内中低端市场，涌现了几家有代表性的企业，但高频、高带宽的产品仍然差距巨大，网络分析仪、通信测试仪等相对高端的仪器，专利数量只占到30%，短时间内仍然无法打破国外企业的垄断地位，国内高新技术企业任重而道远。

[1]（美）波特（PORTER A L），（美）坎宁安（CUNNINGHAM S W）技术挖掘与专利分析[M].第1版.陈燕，译.北京:清华大学出版社，2001.

[2]孙灯亮.数字示波器原理和应用[M].第1版.上海:上海交通大学出版社，2012.

[3]李剑雄.频谱分析仪与测量技术基础[M].第1版.北京:人民邮电出版社，2011.

[4]韩建国，翁维勤，柯静洁.现代电子测量技术[M].第2版.北京:中国计量出版社，2003.

[5]辽宁省质量计量检测研究院.无线电计量[M].第1版.北京:中国计量出版社，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

庞振贵（1955-），男，广西南宁人，工业和信息化部电子第五研究所赛宝计量检测中心工程师，主要从事电子测量仪器校准技术研究和产品开发工作。