摘要:時間頻率的應用已經深入到社會各項科技活動和經濟生活中,涉及到從基礎研究到工程應用的各個方面。我國時頻產業發展較晚,基礎相對薄弱,部分高端產品(時頻芯片、高基頻晶體、高性能晶振、銫鐘、精密時頻測量設備等)依賴進口。隨著對獨立自主時頻體系的不斷重視,我國持續推進以北斗授時為主的國家時間頻率體系建設。時頻體系建設從授時、守時、用時、計量校準與監測等應用層面對時間頻率產品需求巨大,正帶動整個時間頻率行業的發展。2022年我國時間頻率行業市場規模達到420.5億元。
一、定義及分類
“時間”是表征物質運動的最基本物理量,而“頻率”是單位時間內周期性運動的次數,是與“時間”密切相關的一個基本量。時間和頻率的物理定義互為倒數,概念上密不可分。現代時間由高穩頻率源產生和保持,頻率的精度即決定了時間的精度,時間和頻率常聯系在一起稱為“時間頻率”或“時頻”。隨著技術進步,電子信息技術的發展,時間服務體系的重要性越發明顯。整個時間服務體系,通過測時、守時、授時、用時四個步驟,最終實現全球的時間統一。而唯有時間的統一,才能保證社會生活各行各業正常運轉。時間頻率行業為整個時間服務體系提供必要的基礎硬件,是時間服務體系的重要支撐與絕對的基礎。時間頻率行業的產品形態主要包括頻率產品和時間同步產品兩類。
二、商業模式
1、定制產品經營模式
時間頻率產品品種繁多,規格差異也很大,一般以器部件或設備的形式提供給下游客戶(多為整機/系統制造商),下游客戶在設計、集成和調試過程中,會對時間頻率產品的規格和性能指標提出各種符合自身需求及產品應用特點的針對性要求。
由于時間頻率產品的專業性較強,尤其是定制產品對制造商的研發能力要求較高,下游客戶多數情況下會直接與長期向其供貨的供應商針對其定制要求進行溝通并下達訂單;部分情況下,下游客戶也會通過招標或比價的模式進行供應商的選擇。之后,時間頻率產品制造商根據下游客戶提出的個性化定制要求,進行研發和生產,形成了小批量、多批次、差異化的生產模式。
2、標準產品經營模式
隨著時間頻率產品行業的快速發展,市場需求逐漸增大,部分規格和品種的時間頻率產品有較大的需求量。時間頻率行業的制造商從市場規劃和研究共性需求出發,研發和批量生產出部分統一版本的標準化產品。下游客戶根據自己的需求通過協商或者招標的方式直接采購。
三、行業政策
1、主管部門和監管體制
時間頻率行業是電子信息制造業的細分子行業,行業主管部門是工業和信息化部;此外,部分時間頻率產品應用于國防科技領域,由國家國防科技工業局履行行業管理職能。工信部主要負責研究擬定國家信息產業發展戰略、方針政策和總體規劃;振興電子信息產品制造業、通信業和軟件業,推進國民經濟與社會服務信息化;擬定電子信息產品制造業、通信業和軟件業的法律、法規,發布行政規章;負責行政執法和執法監督;組織制定電子信息產品制造業、通信業和軟件業的技術政策、技術體制和技術標準等。國防科工局主要負責組織管理國防科技工業計劃、政策、標準及法規的制定與執行情況監督等。
2、行業相關政策
《電子信息制造業2023—2024年穩增長行動方案》提出“2023—2024年計算機、通信和其他電子設備制造業增加值平均增速5%左右,電子信息制造業規模以上企業營業收入突破24萬億元”。時間頻率技術作為信息技術產業的支撐基礎之一,必將會得到較好的發展時機。國家和地方政府也多次表態支持時間頻率產品研發?!丁笆奈濉笔袌霰O管科技發展規劃》、提出要“研究應對未來秒定義變革的鍶原子光鐘、鐿離子光鐘等時間頻率計量基準”。中共海南省委、 海南省人民政府發布的《關于以高水平質量建設助力海南自由貿易港高質量發展的意見》提出要“布局時間頻率及數字化計算等重點實驗室”?!渡钲谑胸瀼芈鋵嵱嬃堪l展規劃(2021—2035年)實施方案》明確深圳將“重點研究時間頻率、長度、電學等量子計量基標準技術以及量子計量標準參考儀器”。
四、行業壁壘
1、軍品市場壁壘
國防科技領域是時間頻率行業的重要下游行業,由于涉及國防安全和軍事秘密,國家對相關產品的生產實行嚴格的強制性資格許可管理制度,申請相關的許可資質對技術要求很高,且耗時很長,這對新進單位形成一定的準入限制。并且,軍品生產有特殊的標準和規范,更與生產時間的經驗積累和工藝的成熟密切相關。此外,軍工客戶對技術的安全性、可靠性提出了較高的要求,通常會與具有豐富經驗和資質齊全的單位建立長期的合作關系。
2、技術壁壘
時間頻率屬于技術密集型產品,技術專業性比較突出,技術攻關難度較大且耗時較長,新進單位很難在短時間內掌握這些技術。且由于時間頻率產品應用場景的差異,技術部門需要依據客戶的需求做相應的設計與調整,產品存在工藝復雜、技術要求高等特點;而技術創新能力的形成需要依據長期的市場反饋和自身強大的技術研發能力去不斷突破和改良。
3、人才壁壘
時間頻率技術專業性強,對技術人才提出了較高的要求。國內的大學和研究所開設時間頻率相關專業的較少,目前我國時間頻率行業人才處于供不應求的狀態,專業人才的儲備不足,特別是經驗豐富的專業人才較為缺乏。除了部分大型企業在早期就內部定向培養了一批優秀的時間頻率研發人員之外,市場上優秀的時間頻率研發人員資源,尤其是軍用時間頻率產品研發人員資源較為缺乏。新進單位在招攬和培養人才方面存在一定的困難。
4、合作關系壁壘
時間頻率產品通常是客戶整機系統的核心器部件,客戶出于安全、保密及成本的考慮,一般不會輕易更換供應商,從而對新進單位構成進入壁壘。
五、產業鏈
1、行業產業鏈分析
時間頻率行業的上游主要為電子元器件制造業和金屬制品業,下游主要是武器裝備、航空航天、軍事通信、衛星導航等國防科技領域和通信、電力、交通、物聯網等國民經濟領域。時間頻率產業鏈如下圖所示:













在產業鏈上游,電子元器件制造業和金屬制品業均為完全競爭市場,技術水平比較成熟,供應商眾多且產能充足,能為客戶提供質量可靠的高性能標準或定制產品。時間頻率行業受上游行業的波動影響很小。
在產業鏈下游,時間頻率產品應用領域廣泛,在國防科技領域和國民經濟領域均有著廣泛的客戶基礎和持續增長的需求。在國防科技領域,由于時間頻率產品是武器裝備、航空航天、軍事通信、衛星導航等領域的整機系統關鍵基礎器部件,產品的客戶主要為國內的軍工集團及其下屬單位,不存在產品對單一軍工客戶有重大依賴的情形。在國民經濟領域,通信、電力、高速交通、金融、物聯網等行業均依賴于時間頻率產品為其提供標準時間和授時,且國民經濟領域的發展和旺盛需求快速地推動了我國時間頻率行業發展,也不存在對單一民用客戶有重大依賴的情形。
2、行業領先企業分析
(1)成都天奧電子股份有限公司
成都天奧電子股份有限公司成立于2004年1月,2018年在深交所上市。公司作為國內領先的時間頻率企業,擁有完整的時間頻率產品線,具備時頻系統集成能力,可為客戶提供完整的時頻解決方案。企業時間頻率產品應用于航空航天、衛星導航、軍民用通信及國防裝備等領域,為我國載人航天、探月工程、北斗衛星導航系統等國家重大工程建設提供了主要時頻裝備和系統,做出了重要貢獻。2022 年,公司作為量子精密測量領域原子鐘產品率先產業化的單位,加入了“量子信息網絡產業聯盟”。2023年上半年天奧電子時間頻率業務收入總計4.01億元;其中頻率系列產品收入2.32億元,同比增長59.30%;由于機載配套電源組件產品線收入下滑,導致時間同步系列產品收入同比減少27.48%,為1.68億元。
(2)武漢中元華電科技股份有限公司
武漢中元華電科技股份有限公司位于國家自主創新示范區——武漢東湖新技術開發區,是高新技術企業,作為全國首批創業板28家上市企業之一,公司股票于2009年在深圳證券交易所上市交易。中元股份主要從事電力系統智能化記錄分析、時間同步、變電站綜合自動化和配網自動化相關產品的研發、制造、銷售和服務。主營產品有電力故障錄波裝置、時間同步裝置和變電站綜合自動化裝置、智能配網設備、智能電網測試儀器儀表等。中元股份生產的ZH-502/505 時間同步裝置,在變電站、發電廠、廠礦企業等領域處于市場領先地位。2019-2023年中元股份時間同步裝置收入保持增長態勢,2022年收入為0.56億元。2023年上半年中元股份時間同步裝置收入同比增長34.54%,為0.26億元。
六、行業現狀
時間頻率的應用已經深入到社會各項科技活動和經濟生活中,涉及到從基礎研究到工程應用的各個方面。獨立自主的時間頻率體系關乎國家安全和核心利益,歐美國家投入巨資研究時間頻率技術和產品,并保持著領先地位。我國時頻產業發展較晚,基礎相對薄弱,部分高端產品(時頻芯片、高基頻晶體、高性能晶振、銫鐘、精密時頻測量設備等)依賴進口。隨著對獨立自主時頻體系的不斷重視,我國持續推進以北斗授時為主的國家時間頻率體系建設。時頻體系建設從授時、守時、用時、計量校準與監測等應用層面對時間頻率產品需求巨大,正帶動整個時間頻率行業的發展。2022年我國時間頻率行業市場規模達到420.5億元。
七、發展因素
1、有利因素
(1)國家產業政策的扶持
時間頻率技術作為信息技術的重要支撐技術之一,在國防科技、國民經濟建設和社會生活中具有舉足輕重的作用,國家對時間頻率行業大力支持,出臺了《“十四五”市場監管科技發展規劃》《電子信息制造業2023—2024年穩增長行動方案》等政策支持時間頻率及其下游通信、航空航天等領域發展,并推動鍶原子光鐘、鐿離子光鐘等時間頻率產品研發。國家從政策、投資和技術創新等多方面為時間頻率產業的快速發展創造了良好的環境,必將有利地推動時間頻率產業的規?;l展。
(2)軍工行業對時間頻率的需求處于穩定增長階段
在國防領域,面對錯綜復雜的世界形勢,新軍事變革對信息化的需求加速了我國軍隊信息化建設進程,我國國防科技領域投入持續穩定。高精度的時間頻率技術是信息化作戰的基石,精確的時間同步是各類國防裝備和系統進行信息融合的基礎。我國對網絡安全和核心關鍵技術和產品自主可控的要求日益迫切,中美貿易戰更使舉國上下對于核心技術關鍵領域自主可控的重要性形成了全民共識,這使軍民用領域時間頻率產品的國產化替代加速。
(3)民用領域時間頻率的需求前景廣闊
在傳統的通信、電力、高速交通、廣播電視等行業,需要大量的時間頻率產品來保障系統正常運行。
在新基建領域,5G/6G、物聯網、衛星互聯網等新一代通信網絡基礎設施建設均要求高可靠、高精準度的時間同步,以使各設備間在同一標準時間內協同工作,降低時延,減少信息錯亂。這些領域對高精密時間頻率產品的需求廣泛,持續拉動時間頻率產品的民用市場需求。
2、不利因素
(1)國產核心部件產品成熟度仍有待提升
目前,中國是全球少數幾個建設自主時間頻率產品的國家之一,并在時間頻率產品研制方面具有較高水平。但在核心器件研發等方面仍處于一定的劣勢。雖然近年來國內廠家在核心器件和部件的研制方面取得了較大的突破,但中高端晶體器件對國外的產品依賴較大,國產核心部件產品的成熟度仍有待提升。
(2)市場競爭加劇風險
近年來,隨著國家時頻體系建設、國防信息化建設、 5G 通信網絡建設、數字新基建的持續推進,對高精度標準時間頻率的需求快速增長。市場需求的變化推動同行業企業加大研發力度,造成國內高精度時頻類相關產品的供給迅速增加、市場競爭加劇。
(3)技術研發風險
時頻應用領域的技術為涉及多學科、多專業領域的綜合性技術,具有技術更新快、產品需求多樣化的特點,客觀上要求企業能夠超前洞悉行業和技術發展趨勢,把握客戶需求變動方向,及時推出滿足客戶需求的產品。如果企業的應用技術開發滯后,新產品不能適時滿足客戶需求,將面臨失去客戶的風險。
八、競爭格局
2000年后,我國逐步認識到獨立自主的時頻體系的重要性,決定建立以北斗授時為主的國家時頻體系。國家持續推進建立獨立完備的國家時間頻率體系。目前原子鐘部分類型產品已實現國產化;高端晶振,軍用逐步實現替代,民用則還是依賴于國外,國內廠商市場份額雖然很低,但在逐步追趕;時間服務器領域,已完全可實現國產化替代。目前國內的時間頻率行業企業主要有:成都天奧電子股份有限公司、鄭州威科姆科技股份有限公司、航天203所,晨晶電子,海創電子、北斗時頻、中元華電,七維航測等。
九、發展趨勢
隨著我國國民經濟,國防建設和空間技術的發展,對高精度時間頻率服務的準確性、穩定性、可靠性和全天候都提出了越來越高的要求。大力推進我國自主的時間頻率基準,守時用原子鐘,星載原子鐘,守時/授時系統,以及時間頻率信號的測量比對和傳遞研究工作,以形成高性能的獨立自主的時間頻率系統是我國長遠發展的迫切戰略需求。
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時頻,簡單點來說,就是時間和頻率,有人可能認為這很平常和簡單,其實不然,時間頻率行業是電子信息制造業的關鍵及核心領域,獨立自主的時間頻率體系關乎國家安全和核心利益。世界主要發達國家都非常重視時間頻率體系建設,比如美俄均建有獨立完備的國家時間頻率體系。