通用电子测量行业深度报告：东风渐暖，挥斥方遒

电子测量是信息技术的源头，肩负自主创新历史使命。信息技术通常由测量技术、计算机技术、通讯技术三部分组成，其中测量技术在科技革命中承担最基础的作用。电子测量一定程度上可谓是信息化的源头。从产业链维度看，一个产业从原材料的选定、生产过程监测、产品性能测试与行业运营都离不开电子测量的辅助，因此我们认为电子测量肩负着各行业产业升级、自主创新的历史使命。 电子测量仪器种类繁多，根据应用领域可划分为通用仪器与专用仪器。通用仪器是电子信息工程师的“基础工具包”，不仅具备产品标准化特点，且能够广泛应用于消费电子、新能源、5G通信、人工智能等多个场景。从产品形态看，电子测量仪器主要分为6大类。通过梳理海内外公司产品族，我们将电子测量行业产品划分为示波器、波形发生器、频谱分析仪、矢量网络分析仪、电源及电子负载、万用表。 受益于全球经济的增长、工业技术水平的提升，全球电子测量仪器市场规模保持持续上升的增长势态。根据弗若斯特沙利文的统计，电子测量仪器的市场规模由2015年的101亿美元增长至2020年137亿美元，期间年均复合增长率保持在6.3%。随着5G的商用化、新能源汽车市场占有率的上升、信息通信和工业生产的发展，全球电子测量设备的需求将持续增长。预计全球电子测量仪器行业市场规模将在2020年到2025年以4.7%的年复合增长率增长至172亿美元。 2015至2020年间，我国电子测量仪器以12.8%的年复增长率从26亿美元扩张至48亿美元。根据弗若斯特沙利文的预测，2020至2025年间我国的电子测量仪器市场仍会继续扩张，但增长速率将会下降。至2025年，预计我国电子测量仪器的市场将增长至65亿美元，期间年复增长率为6.2%。 我国电子测量行业仍处于起步阶段。我国电子测量市场较为集中，本土厂商较国际巨头存在较大差异。根据弗若斯特沙利文统计，2019年全球前5大厂商是德科技、罗德与施瓦茨、安立、泰克、力科在我国合计市占率达43.1%，且收入体量较国内厂商存在倍数差距。根据弗若斯特沙利文统计预测，2020年我国通用电子测量仪器市场规模48亿美元，我们梳理了普源精电、鼎阳科技、优利德、创远仪器、坤恒顺维与思林杰2020年度国内相关业务收入，测算本土厂商在国内市场份额。上述公司2020年国内市占率合计4.1%，国产化替代仍存在较大空间。 国内各厂商产品逐渐实现高端化突破。技术层面，国内厂商产品线均处于迭代状态。普源精电自2017年推出“凤凰座”示波器专用芯片模组，并基于该项技术于2020年，2021年将数字示波器性能提升至最高4GHz带宽、20GSa/s实时采样率；最高4GHz带宽、20GSa/s实时采样率。鼎阳科技于2022年3月发布了26.5GHz测量频率范围的高端矢量网络分析仪，标志其成为国内主要竞争对手中唯一一个同时拥有行业四大主力产品（数字示波器、信号发生器、频谱分析仪和矢量网络分析仪）且四大主力产品全线进入高端领域的厂商。 投资建议：得益于5G、新能源汽车等下游行业景气度上行，我们认为电子测量即将迎来新一轮发展期，建议关注普源精电、鼎阳科技、创远仪器、思林杰、优利德、东方中科。 风险提示：原材料供应紧缺及价格波动，芯片等电子元器件进口依赖，吸引人才与保持创新能力风险，经销体系管理风险。 1电子测量行业：黄金年代正当起步 1.1电子测量行业为何而生？ 电子测量是信息技术的源头，肩负自主创新历史使命。信息技术通常由测量技术、计算机技术、通讯技术三部分组成，其中测量技术在科技革命中承担最基础的作用。电子测量一定程度上可谓是信息化的源头。从产业链维度看，一个产业从原材料的选定、生产过程监测、产品性能测试与行业运营都离不开电子测量的辅助，因此我们认为电子测量肩负着各行业产业升级、自主创新的历史使命。 图1：电子测量行业是信息技术的重要环节 电子测量是利用电子技术来进行测量的方法，主要具备定性、定量测试两大功能。大多物理量都可通过一定的传感器变换成电信号，再利用电子技术的方法进行测量。常见电子测量物理量包括电能量测量（电压、电流、电功率等）、电信号特性测量（波形、频率、相位、噪声等）、电路参数测量（阻抗、品质因数等）、间接导出量测量（增益、衰减、失真度等）、特性显示测量（幅频特性、相频特性曲线等）。从测量结果看，电子测量主要用于定性、定量测量，定性测量用于确定待测目标在特定条件下性能，定量测量则需要精确显示各待测变量具体的数值。 图2：电子测量将物理信号转化为电信号 从技术维度看，电子测量的基础是微电子技术，核心环节为DSP。电子测量系统模块主要包含信息采集（传感器等）、信号分析与处理、结果表达与输出。当通过传感器接收待测物理信号后，系统首先利用模数转换器（ADC）将物理信号转化为电信号，并通过数字信号处理器（DSP）/微处理器（单片机）将信号数字化。DSP能够对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别，是电子测量的核心。此外，DSP技术具备平台化特点，能够搭载人工智能、神经网络、小波理论等先进算法，扩展了电子测量仪器功能。我们认为DSP软件模块化将成为趋势。 图3：电子测量仪器工作原理 1.2如何划分通用电子测量产品赛道？ 电子测量仪器种类繁多，根据应用领域可划分为通用仪器与专用仪器。其中专用仪器定制化程度较高，主要针对部分特定场景，具备设计制造难度高、应用领域细碎的特点。代表设备有光纤测试仪器、电磁兼容EMC测试设备等。通用仪器是电子信息工程师的“基础工具包”，不仅具备产品标准化特点，且能够广泛应用于消费电子、新能源、5G通信、人工智能等多个场景。 图4：电子测量仪器分为专用仪器与通用仪器 从产品形态看，电子测量仪器主要分为6大类。通过梳理海内外公司产品族，我们将电子测量行业产品划分为示波器、波形发生器、频谱分析仪、矢量网络分析仪、电源及电子负载、万用表。其中波形发生器能够产生各种频率、波形和幅度电信号的设备，常被用做提供测试信号的激励源；示波器用于观测与记录电信号的变化；频谱分析仪以图形方式显示信号的频域特性，从而实现对信号频率、功率等参数的测量；矢量网络分析仪应用于电磁能量的测量；电源及电子负载用于给测试对象供电或者吸收测试对象产生的电能；万用表属于基础型通用设备，能够测量电压、电流等基本电学量以及电路故障。 1.2.1示波器：电子工程师之眼，产品不断高端化 示波器可将肉眼看不见的电信号随时间变化的关系转换成可视化波形图像。 示波器是一种用途广泛、易于使用、功能强大的电子测量仪器，属于信号分析类仪器的一种，用于观测、分析和记录各种电信号的变化。使用示波器可观察信号幅度随时间变化的波形曲线，也可实现电压、电流、频率、相位、幅度等基本电气参数的测量。 示波器分为模拟示波器与数字示波器，后者正逐渐成为主流。按信号处理方式进行分类，示波器可分为模拟示波器和数字示波器两大类。模拟示波器直接将被测信号呈现在显示器件上，被测电压通过控制从左到右扫过示波管的电子束在垂直方向的偏转直接描绘出电压波形。数字示波器通过ADC把被测电压信号转换为数字信号，再以数字信号处理的方式将信号随时间的变化波形绘制在显示设备上。 表1：数字示波器与模拟示波器区别 带宽是数字示波器的核心指标。通常将输入信号通过示波器后衰减3dB时的最低频率作为示波器的带宽。带宽决定了示波器所能检测到的信号频率范围。理论上示波器的带宽越高越好。在实际应用中，由于成本控制和实际需要，一般要求示波器的带宽达到被测信号最高频率的2.5倍~5倍即可。 梳理国内厂商数字示波器带宽指标，总体呈现向高端化迭代趋势。如采用国内标准，普源精电将带宽低于300MHz的定义为经济型产品，中端产品带宽则位于300MHz~2GHz之间，高端产品带宽大于2GHz。按照国际标准，其经济型产品带宽≤1GHz；中端产品带宽位于1GHz~10GHz；10GHz带宽以上被定义为高端产品。截至1H21，普源精电经济型产品收入占比43.5%，占比较大，高端产品收入占比18.4%，较2020年提升1.0pct，产品高端化节奏较为平稳。鼎阳科技对低端数字示波器的技术指标定义同普源精电国内标准一致，但中端产品带宽区间则为300MHz~4GHz，高端产品带宽大于4GHz。截至1H21，中端产品占比约30.7%；低端产品收入占比69.3%。 图5：普源精电数字示波器产品结构 图6：鼎阳科技数字示波器产品结构 实时采样率用以衡量ADC（模数转换器）在单位时间间隔内可以采样的样点数量，是数字示波器另一重要参数。数字示波器的实时采样率越高，采样速度越快，时间分辨率越高，采样到的波形失真越少。 表2：各公司数字示波器产品主要参数对比 图7：普源精电及鼎阳科技数字示波器单价 图8：普源精电及鼎阳科技数字示波器销量 1.2.2射频类仪器：频谱分析仪和矢量网络分析仪为代表性产品 射频类仪器用于对频域信号进行测试分析，主要包含频谱分析仪、矢量网络分析仪等。传统的频谱分析仪主要用于无线电发射机测试，矢量网络分析仪则一般用作电子元件、电缆、天线等元件和部件的特性表征。随着非无线电设备的工作频率进入到了射频微波频段，频谱与矢量网络分析仪也分别起到了干扰辐射测试、阻抗测试等功能。 频谱分析仪能够观察和测量信号幅度和信号失真情况。频谱分析结果可以直观反映出输入信号的傅立叶变换的幅度。现代频谱分析仪已经在研究开发到生产制造，到现场维护诸多场景下得到综合应用。 根据结构原理，频谱分析仪又可分为模拟与数字两大类。早期分析仪属于模拟式，以模拟滤波器为技术底座。数字滤波器则是以数字滤波器或FFT（快速傅里叶变换）为基础，能够将模拟信号转变为电信号，从而绘制频谱图。 频率范围和相位噪声为频谱分析仪的主要参数指标，频率范围越大，测量有效性越强；相位噪声越小代表产品能够准确捕捉微弱信号。普源精电将最高频率范围低于6GHz且相位噪声大于-95dBc/Hz的产品定义为经济型；最高输出频率位于6GHz~26.5GHz区间，相位噪声在-120dBc/Hz~-95dBc/Hz定义为中端产品；最高频率范围大于26.5GHz且相位噪声小于-120dBc/Hz的为高端产品。从收入结构看，普源精电频谱分析仪2018年-2020年收入CAGR达到3.5%。截至1H21，经济型产品收入占比69.8%。 鼎阳科技依据测量频率范围划分频谱与矢量网络分析仪。6GHz以下为低端产品，6GHz~20GHz为中端产品，20GHz为高端产品。截至1H21，鼎阳科技视频与矢量网络分析仪中端产品收入占射频类仪器收入20.7%。较2020年提升5.7pct，高端产品收入占比达0.6%。 图9：普源精电频谱分析仪收入结构 图10：鼎阳科技频谱与矢量网络分析仪收入结构 矢量网络分析仪综合性较高，同时具备频谱分析、网络分析两大技术。矢量网络分析仪的综合性较高，是射频微波领域必备的测试测量仪器。目前，矢量网络分析仪已在车联网、5G通信、半导体性能测试等领域得以广泛应用。 矢量网络分析仪工作原理类似B超。网络分析仪检测器件时，会利用自带的信号发生器向物体内部发射信号，再通过对折返的信号进行分析，获取待测件的信息属性，类似医生通过探头向患者体内发射超声波，通过超声波信号观察人体内部情况。 图11：经过二端口网络后，信号幅度发生变化 图12：经过二端口网络后，信号相位发生变化 矢量网络分析仪主要用于测量S参数。对于电子信息网络系统，需要测量Y（导纳参数）、Z（阻抗参数）、S（散射参数）。其中Y、Z参数对于集中参数电路分析非常有效，但在微波频率测量电压和电流存在实际困难，使得阻抗与导纳较为抽象。因此需要建立一个与直接测量入射、反射及传输波概念更加一致的全新变量，即散射参数S。散射参量可以直接用网络分析仪测量得到，同时只要知道网络的散射参量，就可以将它变换成其它矩阵参量。S参数可以直接反应网络传输特性与反射特性。 图13：矢量网络分析仪产品图 图14：矢量网络分析仪原理图 对比海外，我国射频类仪器与全球技术位于同一水平线。就频谱分