原子钟

摘要：原子钟作为信息技术的重要支撑技术，在国防科技领域、国民经济建设和社会生活中具有举足轻重的作用。随着新兴行业快速发展，我国原子钟行业市场持续扩张，市场规模从2017年的5.56亿元增长至2021年的7.24亿元，年复合增长率为6.82%。据统计，2022年我国原子钟行业市场规模同比增长11.2%至8.05亿元。

一、定义及分类

原子钟是一种利用原子、分子能级差为基准信号来校准晶体振荡器或激光器频率，以使其输出标准频率信号的一种装置。根据原子钟里的元素来分，原子钟主要可以分为氢原子钟、铷原子钟、铯原子钟以及CPT原子钟。其中CPT原子钟符合小型化趋势，是未来最具产业前景的原子钟。

二、行业政策

原子钟主要用于卫星导航系统、通信、地球科学、天文等领域，为促进原子钟行业发展，我国发布了一系列政策。2023年7月，四川省经济和信息化厅等五部门印发《关于推动卫星网络产业发展的实施意见》，提出要研究以量子物理为基础的原子钟、原子磁场传感器、原子陀螺仪、微型量子PNT（定位、导航、授时）等关键技术，开发原子钟及卫星授时板卡、终端、设备等系列产品，夯筑技术优势，抢占高端价值链。2024年1月，工业和信息化部等七部门印发《关于推动未来产业创新发展的实施意见》，提出要聚焦空天、深海、深地等领域，研制载人航天、探月探火、卫星导航、临空无人系统、先进高效航空器等高端装备，加快深海潜水器、深海作业装备、深海搜救探测设备、深海智能无人平台等研制及创新应用。

三、发展历程

中国原子钟行业的发展经历了三个阶段，分别是1950-1970年的早期探索与起步阶段、1970-2000年的技术停滞与恢复阶段以及2000年至今的技术突破与创新阶段。1963年北京大学与电子工业部第十七所开始合作研制光抽铯汽室频标，这是我国原子钟研制的起点。1972年在电子工业部的要求下，北京大学汉中分校恢复了量子频标研究。1973年中国科学院上海光学精密器械研究所在国荣灯具厂的协作下研制成功了国内第一台桌上仪器型光抽运汽室频标，这是我国首次将国产原子钟付诸实用。进入21世纪后，随着国家科技实力的增强和对高性能原子钟的迫切需求，原子钟行业迎来了新一轮的技术突破和创新。2021年三台激光抽运小铯钟在国际标准时间计算中取得了权重，为国际标准时间建立和保持做出了贡献。

四、行业壁垒

1、品牌壁垒

原子钟行业中原有的企业通常已经建立了自己的品牌形象和市场认知度，而新进入者在这方面往往缺乏优势。品牌和市场认知度对于客户选择产品具有重要影响，新进入原子钟行业的企业需要投入大量时间和资金来建立和提升自己的品牌和市场认知度。

2、资金壁垒

原子钟的研发和生产需要投入大量的人力、物力和财力，包括高精度设备、先进工艺、测试平台、技术研发等，这些都是需要大量资金投入的。因此，资金短缺或者规模较小的企业往往难以承受这样的投入，这在一定程度上限制了原子钟行业的竞争和发展。

3、人才壁垒

原子钟技术具有高度的专业性和复杂性，需要深厚的物理学、电子工程和精密制造技术基础，对技术人才提出了较高的要求。国内的大学和研究所开设原子钟相关专业的较少，导致原子钟相关专业方面的人才紧缺。这使得新进入原子钟行业的企业在技术门槛上面临巨大的挑战。

五、产业链

1、行业产业链分析

原子钟隶属于时间频率行业，原子钟行业的产业链上游主要为原材料，包括电子元器件、金属制品等。产业链中游主要是原子钟制造。产业链下游主要是制造业，信息传输、软件和信息技术服务业，科学研究和技术服务业等。

原子钟行业产业链

电子元器件

无锡夏普电子元器件有限公司

深圳市微容电子元器件有限公司

深圳市瑞隆源电子有限公司

上海赛滨特种电子元器件有限公司

艾尔康电子元器件（韶关）有限公司

庆邦电子元器件（泗洪）有限公司

福建福晶科技股份有限公司

中国振华(集团)科技股份有限公司

广东领益智造股份有限公司

深圳市长盈精密技术股份有限公司

金属制品

天津五星金属制品有限公司

广东协和金属制品有限公司

南通谐美金属制品有限公司

嘉善亦捷金属制品有限公司

上游

成都天奥电子股份有限公司

天津华信泰科技有限公司

中国科学院武汉物理与数学研究所

中国航天科工集团有限公司

中游

制造业

信息传输

软件和信息技术服务业

科学研究和技术服务业

下游

2、行业领先企业分析

（1）成都天奥电子股份有限公司

成都天奥电子股份有限公司主要从事时间频率、北斗卫星应用产品的研发、设计、生产和销售，拥有国家企业技术中心，拥有多项专利和核心技术，致力于成为世界一流的时间频率创新型企业。企业时间频率产品包括频率系列产品和时间同步系列产品两类，主要应用于航空航天、卫星导航、军民用通信及国防装备等领域，参加了载人航天、探月工程、北斗卫星导航系统等国家重大工程。企业北斗卫星应用产品基于北斗卫星导航系统，融合通信、互联网等技术，用于满足客户在授时、定位和应急预警通信方面的需求。据统计，2023年上半年，企业频率系列产品营收同比增长58.9%至2.32亿元；时间同步系列产品营收同比下降27.59%至1.68亿元；北斗卫星应用产品营收同比增长33.33%至0.16亿元。

（2）天津华信泰科技有限公司

天津华信泰科技有限公司主要从事技术推广服务，金属加工机械制造、加工、维修、安装，电子产品、通讯设备、广播电视设备、卫星导航设备及配件制造、销售，机械设备及配件、日用百货、五金产品批发兼零售。为了实现芯片原子钟国产化，企业早在2010年就承担起芯片原子钟这一项目的研发工作。2023年7月，企业在天津滨海高新区举行国内首条芯片原子钟产线落成投产仪式。该生产线的年生产能力可达3万台，它的投产标志着我国在芯片原子钟领域可自主实现规模化量产，成功打破国外垄断，突破关键器件“卡脖子”问题，满足相关领域迫切需求。

六、行业现状

原子钟作为信息技术的重要支撑技术，在国防科技领域、国民经济建设和社会生活中具有举足轻重的作用。随着新兴行业快速发展，我国原子钟行业市场持续扩张，市场规模从2017年的5.56亿元增长至2021年的7.24亿元，年复合增长率为6.82%。据统计，2022年我国原子钟行业市场规模同比增长11.2%至8.05亿元。

七、发展因素

1、有利因素

（1）国家产业政策的扶持

作为信息技术的重要支撑技术之一，原子钟在卫星导航系统、国防科技、国民经济建设和社会生活中具有举足轻重的作用，国务院、工信部等部门大力支持原子钟行业，并出台了《湖北省制造业高质量发展“十四五”规划》《关于推动卫星网络产业发展的实施意见》等政策，为原子钟产业的快速发展创造了良好的环境，有助于推动原子钟行业的规模化发展。

（2）下游行业保持着快速稳定增长的需求

随着我国经济持续、稳定、快速发展，经济实力和综合国力显著提升，我国的国防科技领域和国民经济领域均取得了长足的进步，尤其是原子钟产品应用较为集中的航空航天、军事通信、卫星导航、通信、电力、高速交通、广播电视、物联网等行业均是近年来国家发展迅速且继续加强发展和扶持力度的重点行业，这些关键领域的迅猛发展和更新换代，必将拉动原子钟行业的需求总量，使得原子钟行业获得一个较长的发展时期。

（3）原子钟技术的不断创新

随着原子钟技术的不断突破和创新，新兴技术如光钟、芯片原子钟等为原子钟行业带来了前所未有的发展机会。以芯片原子钟为例，这种原子钟具有体积小、重量轻、功耗低等优点，使得原子钟的应用领域得到了极大地拓展。从智能手机、物联网设备到航空航天器，芯片原子钟都能提供可靠的高精度时间基准。随着物联网、大数据、人工智能等技术的融合应用，原子钟将在更多领域发挥重要作用，这些新技术和新应用将为原子钟行业带来更多的发展机遇和市场空间。

2、不利因素

（1）国际核心部件产品成熟度仍有待提升

目前，中国是全球少数几个自主生产原子钟产品的国家之一，并在原子钟产品研制方面具有较高水平。然而，在核心器件研发方面，中国仍面临一定的挑战和劣势。核心器件是原子钟性能稳定和精度保障的关键，目前中高端原子钟的核心部件对国外产品的依赖程度较高。这主要是因为核心器件的研发需要深厚的技术积累、高精度的制造工艺以及优质的材料。虽然国内厂家在这些方面已经取得了较大的突破，但与国际先进水平相比，仍然存在一定的差距。

（2）国内部分企业对原子钟的应用产品认知度低

自从21世纪初快速发展以来，原子钟行业已经在宇航、国防等领域得到较为广泛的认可和应用，在金融、电力、高速交通、广电等领域的应用正逐渐兴起。尽管原子钟在金融、电力、高速交通、广电等行业的应用正在逐步扩展，但金融、电力等领域的企业对原子钟的应用重视程度相对不高，制造商对产品应用的拓展力度也尚显不足，导致原子钟行业对金融、电力等领域的市场规模难以在短期内快速增长。

（3）不利于维护，环境条件要求较高

由于原子钟的技术复杂性和精密性，其维护需要高度专业化的知识和技能。一旦出现故障，通常需要专业的技术人员进行检修和维护，这使得原子钟的维护成本和维护难度都相对较高。与此同时，原子钟的精准度在很大程度上受到环境条件的影响，如温度、湿度、振动等。微小的环境变化都可能导致原子钟的性能下降，从而影响其精度和稳定性。

八、竞争格局

目前，我国高端原子钟市场正处于国产替代的初级阶段。世界上只有少数国家能批量生产原子钟。铯原子钟主要由国外的Symmetricom公司和OSA公司生产，实行出口管制；铷原子钟是目前批量生产最大和应用最广泛的原子钟产品，能批量生产铷原子钟的国家包括美国、瑞士、俄罗斯和中国，市场竞争充分。随着国内制造商对铷原子钟的产业化发展，国内军民用领域的铷原子钟产品逐步由天奥电子、航天203所等生产的产品所替代。CPT原子钟是未来最具批量生产和应用前景的产品，国际上目前具备批量生产能力的主要为Symmetricom公司。

九、发展趋势

随着科学技术的不断发展，中国原子钟行业将继续推动技术进步和创新，主要包括提高原子钟的精度、稳定性、可靠性和小型化等方面。同时，新型原子钟的研发也将成为原子钟行业的重要发展方向，如基于新型物理原理的原子钟、光钟等。此外，未来，原子钟行业将通过引入智能化技术，如机器人、自动化生产线和高级数据分析工具，显著提升原子钟的生产效率和制造精度，从而推动原子钟行业智能化发展。