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我国芯片原子钟行业市场现状分析:通信、卫星导航等应用前景广阔

一、概述

CPT原子钟是利用原子的相干布局囚禁原理而实现的一种新型原子钟,由于不再需要微波谐振腔,因此可以做到真正的微型化。CPT原子钟被认为可以集成到一个芯片上,因此也被称为芯片尺度原子钟chip scale atomic clock (CSAC)),国内也称之为芯片级原子钟,是迄今为止能够用电池供电长时间工作的唯一的一种原子钟。美国商品化的CPT芯片原子钟实际尺寸为16毫米,稳定度2E-10。它在导航定位、计时、同步通信等领域有着广泛的应用前景。

二、应用市场分析

原子钟是现代量子力学和电子学相结合的产物,它利用原子不同能级之间跃迁所发射或吸收的电磁波频率作为标准,具有高准确和高稳定的特点。根据原子钟所选取的原子种类不同,原子钟可分为氢原子钟、铯原子钟、铷原子钟等。其中,CPT原子钟具有微型化、低功耗特点,精度与铷原子钟相当。

原子钟的主要类型

类型

特点

发展状况

氢原子钟

频率稳定度可达10-16;频率准确度较铯钟略差;体积较大

氢钟主要应用于实验室原子时标系统,以及航天测控、卫星导航系统等领域。国际上批量生产氢钟的单位有KVARZ公司、Symmetricom公司和T4Science公司,我国上海天文台实现了国产化氢原子钟的小批量生产

铯原子钟

频率准确度高;频率稳定度高,无频率漂移

国际上已经实现产业化的有Symmetricom公司、OSA公司等,我国工程用铯钟全部依赖进口,许多重要领域急需的铯钟只能采用卫星驯服高性能铷钟的方式来代替,系统性能受到限制。我国近来加大了铯钟研究支持力度,北京大学、天奥电子等单位于2007年开始进行光抽运铯钟研究工作,其中天奥电子完成了激光抽运小型铯原子钟样机研制,将实现铯钟的工程化和产业化

铷原子钟

体积小、重量轻、功耗低;环境适应能力强;应用广泛

国际上已经实现产业化生产的有Symmetricom公司、FEI公司,SpectraTime公司等,国内从事铷原子钟研究的主要有北京大学、武汉物数所、航天203所和天奥电子等单位。其中,天奥电子是我国主要的铷原子钟生产企业,拥有国际先进的原子钟生产关键技术及设备,推出了满足电信、航空、航天及国防应用的系列化铷钟,处于国际先进水平

CPT原子钟

微型化、低功耗;精度与铷原子钟相当

CPT原子钟是美国DARPA计划支持的十大技术之一,目标是实现1立方厘米、10mW功耗的芯片原子钟,并大规模应用。目前,国际上仅有美国的Symmetricom公司实现了产业化。我国从事芯片原子钟技术研究的有武汉物数所、天奥电子、北京大学等单位,先后实现了小型CPT原子钟样机研制,为小型CPT原子钟的批量生产以及芯片原子钟的产业化奠定了基础

数据来源:观研天下整理

芯片原子钟由于具有的时频信号的稳定性和自身微型、低耗性的特点,所以在国防系统领域应用诸多,并且逐渐渗透到卫星导航、水下系统等领域。

我国芯片原子钟行业应用领域

应用领域

简介

卫星导航领域

相对于晶振时标,芯片原子钟的老化速度更慢,可以有效的减少码搜索时间,从而减少导航接受机的等待时间,并且实现短码的直接捕获。接收机中改良了的时频系统还可以有效的提高抗干扰能力,降低定位所需卫星数。而且由于其体积小,功耗小,容易实现屏蔽和恒温,作为星载原子钟使用,更是拥有着与生俱来的优势。而且随着工程技术的发展,芯片原子钟的频率稳定度得到进一步的提高,芯片原子钟将对导航系统产生更加深远的影响

网络系统、传感器

在网络系统的运行管理中,定时和时刻统一是不可或缺的部分。与传统途径相比,芯片原子钟的应用可以提供更加坚固耐用和更大带宽的设备。更进一步,准确的时间标记可以大大增强分布式传感器的本地数据处理能力。

电子战防护

高能量密度的电磁干扰增加了射频通信系统、卫星导航系统之间产生同址干扰的频率。时间一致性装备,将使系统的使用调配有序,可以有效的避免干扰。

水下系统

水下环境使得用户无法依赖卫星导航系统获得精确时间信息,芯片原子钟时频信号稳定度方面的提高,尤其是优异的平稳性能,将使水下用户能够长时间自主保持精确时间,在时间一致性保持、通信、水下导航、航道修理等方面获益

数据来源:观研天下整理

1、卫星导航领域

根据观研报告网发布的《中国芯片原子钟行业发展深度分析与投资前景预测报告(2022-2029年)》显示,由于芯片原子钟老化速度慢,可以有效的减少码搜索时间,从而减少导航接受机的等待时间,并且实现短码的直接捕获,所以在卫星导航领域广泛使用。近年来,随着北斗在大众及相关行业领域不断普及和深化,我国卫星导航与位置服务业发展迅速。据中国卫星导航定位协会数据,2021年我国卫星导航与位置服务产业总体产值达4690亿元,同比增长16.3%。

由于芯片原子钟老化速度慢,可以有效的减少码搜索时间,从而减少导航接受机的等待时间,并且实现短码的直接捕获,所以在卫星导航领域广泛使用。近年来,随着北斗在大众及相关行业领域不断普及和深化,我国卫星导航与位置服务业发展迅速。据中国卫星导航定位协会数据,2021年我国卫星导航与位置服务产业总体产值达4690亿元,同比增长16.3%。

数据来源:观研天下整理

2、通信领域

目前,芯片原子钟在远程通讯系统定时、大范围通讯网络同步、武器装备的便携化等军、民应用方面具有很好的应用前景。根据数据显示,近六年来,我国电信业务收入和总量均稳步提升,截止2021年底累计完成1.47万亿元,同比增长8.09%,电信业务总量按照上年价格计算则达1.7万亿元,同比增长13.33%。

目前,芯片原子钟在远程通讯系统定时、大范围通讯网络同步、武器装备的便携化等军、民应用方面具有很好的应用前景。根据数据显示,近六年来,我国电信业务收入和总量均稳步提升,截止2021年底累计完成1.47万亿元,同比增长8.09%,电信业务总量按照上年价格计算则达1.7万亿元,同比增长13.33%。

数据来源:观研天下整理(WYD)

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