微波频谱

p style=" text-align: center " span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai color: rgb(255, 0, 0) " strong 超额完成目标 形成仪器套餐 /strong /span /p p style=" text-align: center " span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai color: rgb(255, 0, 0) " strong 应用效果显著 力争专项标杆 /strong /span /p p style=" text-align: center " span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai color: rgb(255, 0, 0) " strong ——国家重大科学仪器设备开发专项 “高性能微波频谱分析仪研制与应用开发”通过初步验收 /strong /span /p p 　　测量仪器是人类认识世界、探究未知的工具和手段，是国家经济社会发展和国防安全的重要保障。高性能微波频谱分析仪是电子测量领域最重要的通用测试仪器之一，是航空、航天、通信、导航、电子对抗、频率管理、电磁兼容、信息安全等领域科研、生产、测试、试验和计量的必备仪器。 /p p 　　长期以来，国产频谱分析仪总体性能与国外先进水平差距较大，市场长期被国外公司垄断，67GHz频谱分析仪更是对我国实行严格的技术封锁和产品禁运。这种受制于人的被动局面严重制约着我国信息化设备和武器装备的发展，阻碍了我国经济建设和国防建设的步伐。 /p p 　　为贯彻落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》，财政部、科技部共同设立了国家重大科学仪器设备专项项目支持资金，旨在支持重大科学仪器设备开发，以提高我国科学仪器设备的自主创新能力和自我装备水平，支撑科技创新，服务经济建设。党的“十八大”也提出“科技创新是提高社会生产力和综合国力的战略支撑，必须摆在国家发展全局的核心位置”。 /p p 　　为提高我国高性能微波频谱分析仪的自主创新能力，加速产业化进程，实现自主可控和自主保障，中国电子科技集团公司第四十一研究所于2012年承担了国家重大科学仪器设备开发专项“高性能微波频谱分析仪研制与应用开发”，重点开展高性能微波频谱分析仪的整机研制、应用开发以及工程化产业化。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/99d87369-e6d5-4d5f-a72e-371139d37ffe.jpg" title=" 1_副本.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 项目负责人李立功研究员 /strong /p p 　　研制之初，项目负责人李立功研究员对团队提出要求：“超额完成目标、形成仪器套餐、应用效果显著、力争专项标杆”。在他的带领下，团队精心组织，高标准、严要求、高质量地进行项目的开发。项目涉及专业领域广，包括电子测试仪器领域的前沿技术研究、应用开发研究以及加工、制造、工艺、检验等一系列内容。为确保项目各项工作的顺利推进，项目成立了总体组、技术专家组和用户委员会，在项目实施过程中实行项目负责人总负责, 总体组、技术专家组和用户委员会等机构协调共管的运行机制 成立了专项管理办公室，建立了财务管理制度、物资管理制度、仪器管理制度等专项管理制度 制定了切实可行的工作计划，明确目标，责任落实到人，严控节点，对项目节点进行严格控制，实行“周清周高” 建立了良好的沟通、协调与共享机制，团队成员通力协作，发挥每个成员的技术优势，集体完成技术难题的攻关，共同完成研究任务。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/f7df5b7b-09cb-4041-8335-af7336cad7f8.jpg" title=" 2_副本.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 李立功研究员同项目组成员进行技术研讨 /strong /p p 　　“通过创新占领技术制高点”。在项目研制过程中，李立功研究员十分注重技术创新。接收动态范围和频响平坦度是项目的核心技术指标，此前与世界最先进水平存在较大的差距。李立功研究员提出“全局入手，关键模块重点突破”的指导思想，从分析接收通道噪声模型入手，创新设计通道电平自动调节系统及调节方法以及一种提高宽带信号分析仪器灵敏度和动态范围的装置，大幅度优化了整机灵敏度指标，实现67GHz全频段测试灵敏度优于-130dBm/Hz，达到世界领先水平。上述技术已获2项发明专利授权(一种提高宽带信号分析仪器灵敏度和动态范围的装置及方法，ZL201310507416.8 超外差接收分析仪器通道输出电平的自动调节系统及方法，ZL201310304365.9)。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/cb475a95-a906-4516-848e-0146089d63c9.jpg" title=" 3_副本.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 项目成果高性能微波频谱分析仪 /strong /p p 　　团队历经5年的潜心研究和刻苦攻关，充分发挥专业技术优势，打破国外技术封锁，在宽带接收测试基础理论、方法和工艺等方面有重大创新，完成国家标准1项，申请发明专利80项、外观专利1项，申请软件著作权23项，发表学术论文42篇。项目创新建立了频率范围覆盖67GHz的宽频带、大带宽、高灵敏度微波毫米波频谱分析仪平台，实现了从“窄带分析”到“宽带分析”的测试跨越 建立了宽频带大带宽信号快速接收处理模型和频谱直方图实时统计模型，突破大分析带宽下的实时处理技术瓶颈，使国产频谱分析仪首次具备大带宽瞬态信号实时测试能力，实现了从“稳态测试”到“瞬态测试”的跨越 建立了多参数分析体制，突破由单一频谱分析跨越到时域、频域和调制域多域关联信号分析的技术瓶颈，形成基于国产频谱分析仪的通信信号、雷达脉冲信号、RFID信号、广播电视信号等全面的测试解决方案，实现了从“单域分析”到“多域分析”的跨越 建立了核心整部件故障自诊断、嵌入式自测试自校准、整机环境适应性扩展等技术方法，突破工程化技术瓶颈，使整机环境适应性和测试稳定性显著增强，并且得到了市场的检验，受到用户好评 建立了开槽中心导体程序、光刻胶掩膜图形电镀、自动点胶贴片、自动测调等关键工艺方法，形成了设备数控化、装配调测自动化、生产数字化、管理信息化的产业化生产线，具备年产1000台套高端频谱分析仪的产业化能力。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/91a06eab-d0a1-4aad-bdd8-42bfa834b2e6.jpg" title=" 4_副本.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 实现国产微波毫米波频谱分析仪高效、高质量的生产制造 /strong /p p 　　项目成果形成14款系列化高性能微波频谱分析仪产品，产品通过国家权威计量机构的测试检验以及俄罗斯国家科学计量研究所的测试认证，并通过欧盟CE和RoHS认证，获得电子测量仪器行业“产品设计奖”以及“中国好仪器”等荣誉称号，在航空航天、通信、雷达、频谱监测等军民领域的100多家用户中得到广泛应用。另外，系列产品已出口德国、意大利、俄罗斯、巴西国家，俄罗斯希望引入产品生产线进行本土化生产。项目成果打破了国外技术封锁和市场垄断，实现了自主可控和自主保障，在“载人航天”、“探月工程”、“北斗导航”、“深空探测”等国家重大项目的研制、生产、试验过程中发挥了重要的测试与保障作用，为我国经济建设、国防建设做出了重要贡献，经济效益和社会效益显著。 /p p 　　项目的立项、实施过程中，得到了国家科技部、中国电科集团领导的高度重视、殷切期望和大力支持。2017年9月18日至23日，在中国电科第41所“Ceyear”品牌发布会现场，专项成果作为重点成果展出。19日科技部党组书记王志刚、副部长黄卫在中国电科董事长熊群力和总经理刘烈宏的陪同下，重点观看了专项成果并现场听取了李立功研究员对专项的汇报。王志刚书记对专项取得的成效给予充分肯定，并对专项做成标杆项目充满期待和信心。他强调，测量仪器在国民经济发展和国防建设中发挥着关键作用，41所作为仪器项目的第一名，要继续在科学研究、技术创新、成果形成和转化以及产业化方面不断突破，将仪器产业的整个链条进一步做大做强。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/c5a53a2d-8274-48ab-ae8d-854af9225644.jpg" title=" 5_副本.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 国家科技部党组书记王志刚等领导在品牌发布会现场 /strong /p p 　　2017年10月25日，项目通过了由中国电子科技集团公司组织的国家重大科学仪器设备开发专项初步验收，与会专家对该项目给予高度评价：技术复杂，研制难度极大，在宽带接收测试基础理论、方法、材料、工艺以及工程化等方面有重大创新......打破了国外技术封锁，填补了国内空白 项目成果总体性能居国际先进水平，部分核心指标方面优于当前国际同类产品，达到国际领先水平 项目成果是我国电子测量仪器行业的重大科技创新成果，提升了行业的技术水平和自主创新能力，引领了行业发展，对行业的科技创新和产业化发展起到了很好的示范和辐射作用 项目产品已走出国门，提升了我国测试仪器行业在国际上的影响力。 /p

频谱分析仪是一种研究信号频谱结构的仪器，主要应用于射频和微波信号的分析，包括频率、功率等，可以用来测量滤波器、发射机等电路系统，还可以采集环境无线电信号、分析环境频谱状态，是一种多功能电子测量仪器。频谱分析仪有两种类型，分别为实时频谱仪和扫频调谐式频谱仪。 　　根据频谱分析仪测量频率范围，可把产品分为低中高三个等级，其中低端产品测量频率范围在60GHz一下，主要应用在生产检测、教育教学等领域，需求量较高；中端产品测量频率范围在60GHz以上-20GHz以下，主要被应用在研发、信号分析、射频模块测试等领域，需求量相对较小；高端产品测量频率范围在20GHz以上，主要应用在超宽带、微波毫米波块等领域，需求量较小，但在5G快速发展背景下，未来需求有望增长。 　　根据新思界产业研究中心发布的《2022-2026年中国频谱分析仪市场调查及行业分析报告》显示，频谱分析仪主要被应用在人工智能、半导体、汽车、新能源、教育科研、航空航天、电子医疗等领域，应用范围较广，受终端产业发展带动，全球频谱分析仪市场需求持续攀升。随着频谱分析仪需求的增长，市场规模随之攀升，在2019年全球频谱分析仪市场规模约为14.1亿美元，到2020年达到14.7亿美元，预计到2022年增长到16.4亿美元。和全球市场相似，我国频谱分析仪市场规模也呈现增长趋势，在2020年达到20.1亿元，预计到2022年将达到24.7亿元。 　　频谱分析仪行业技术壁垒较高，美国、欧洲等国家在该领域起步时间较早，在技术方面具有优势，且拥有更为丰富的经验，因此在市场中占比更高。目前全球频谱分析仪市场主要被是德科技、罗德与施瓦茨占据，其中是德科技产品最为丰富，市场占比更高。 　　我国且因在频谱分析仪领域起步较晚，技术与国外企业相比差距较大，尤其是在高频率、高带宽的产品方面，目前国内中高端市场被外企占据。但随着5G技术的逐渐成熟，以及长期的经验累积，我国企业逐渐向中端 市场布局，已经有部分企业实现中端产品的国产替代，如鼎阳科技、普源精电、固纬电子、创远仪器等，且逐渐向高端化方向发展。 　　新思界产业分析人士表示，频谱分析仪应用范围较广，随着近几年全球和我国工业逐渐向智能化发展，对于频谱分析仪需求持续攀升，行业发展前景较好。在生产方面，国外企业具有技术和丰富经验，在中高端市场占比较高，但本土企业凭借着技术和经验累积，已实现中端产品的生产，且有向高端化发展的趋势。

01 微波加热简介微波是一种低能量的电磁波，其波长在0.001到0.3米的范围内（图1）。虽然微波通常与加热剩余食物联系在一起，但它们在其他应用中也发挥着重要作用，比如加热实验室实验。图1. 电磁频谱像其他电磁波一样，微波由两个垂直振荡的场组成：电场和磁场。对于微波而言，电场主要负责产生热量，通过两种作用模式与分子相互作用：偶极旋转和离子传导（图2）。在偶极旋转中，分子不断地来回旋转，以使其偶极与不断变化的电场对齐；每个旋转分子之间的摩擦导致热量产生。在离子传导中，自由离子或离子种类通过空间平移移动，以与变化的电场对齐。就像在偶极旋转中一样，这些移动物种之间的摩擦导致热量产生，反应混合物的温度越高，能量传递的效率就越高。在这两种情况下，物种的极性和/或离子性越强，热量产生的效率就越高。图2. 微波加热的机理：偶极旋转和离子传导由于微波直接与反应混合物的内容物相互作用，能量传递比传统加热技术更高效。传统加热技术依赖于热传导，热量首先从源头传递到容器，然后从容器传递到溶液。微波与溶液均匀地相互作用，实现均匀且定量的加热（图3）。图 3. 加热方法：传导加热和微波加热02 CEM 微波合成仪比较指南