第３１卷第６期２０２０年１２月
中原工学院学报
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＺＨＯＮＧＹＵＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏｌ．３１ Ｎｏ．６
Ｄｅｃ．２０２０
收稿日期：
２０２０－０９－０７ 引文格式：
王丹．基于专利视角的太赫兹技术发展趋势和建议［Ｊ］．中原工学院学报，２０２０，３１（６）：７５－８０．ＷＡＮＧＤａｎ．Ｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄａｎｄｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｏｆｔｅｒａｈｅｒｔｚｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｏｆｐａｔｅｎｔａｎａｌｙ ｓｉｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＺｈｏｎｇｙｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
，２０２０，３１（６）：７５－８０（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）． 文章编号：
１６７１－６９０６（２０２０）０６－００７５－０６基于专利视角的太赫兹技术发展趋势和建议
王 丹
（知识产权出版社有限责任公司知识产权服务部，北京１０００８１
）摘 要： 通过专利信息对全球太赫兹技术发展趋势进行分析，同时对比我国和世界其他主要国家太赫兹技术的发展现状，从而了解我国太赫兹技术的创新能力定位，分析我国太赫兹技术发展的特点、优势及不足，为我国的太赫兹技术研究机构提供参考。相比常用光源， 太赫兹波具有高穿透性、低能性、宽频性、相干性、瞬态性和稳定性等特点和优势，因此太赫兹技术被称为能改变未来世界的技术。
关 键 词： 太赫兹；
专利信息分析；发展趋势；创新能力定位中图分类号： Ｇ３０６ 文献标志码： Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ
．ｉｓｓｎ．１６７１－６９０６．２０２０．０６．０１５ 太赫兹波具有高穿透性、
低能性、宽频性、相干性、瞬态性和稳定性等特点，在国防、天文、医疗、生物、计算机、通信等科学领域有着巨大的应用价值，目前已成
为科学界关注的焦点［１－８］。２００４年，太赫兹技术被美国政府评为“改变未来世界的十大技术”之一［９－１０］；
２００５年，
太赫兹技术被日本政府列为“国家支柱十大重点战略目标”之首［１１］
；之后，欧洲、亚洲的许多地区和国家纷纷组织力量投入太赫兹技术研发的热潮之
中［１１］。我国的太赫兹技术研究虽然起步较晚，但是科
技部、中国科学院、国家自然科学基金委员会均对太赫兹技术研究给予了高度关注，从２０００年起一直将其作为基础研究重大项目、基金委重大项目、“９７３”
计划项目进行推进［１２］。
目前，太赫兹技术研究成果已经成功地实现商业化，市场发展前景十分可观，并维持高速扩容态势。据
早期预测，全球太赫兹技术市场规模将从２０１２年的０．３４亿欧元增长至２０２２年的３．５亿欧元，
年均增长率将达到２６％［１
３］
。专利蕴含着重要的技术信息、法律信息、经济信息。在全球市场竞争日趋激烈的情况下，专利作为一种新兴生产要素，在技术竞争中发挥着越来越重要的
战略性作用［
１４
］。本文将依据专利制度的信息功能，运用专利分析技术，
通过深入挖掘和分析太赫兹技术专利数据，呈现全球太赫兹技术发展趋势，同时对比我国和世界主要国家太赫兹技术的发展现状，从而了解我国太赫兹技术的创新能力定位，
分析我国太赫兹技术发展的特点、优势及不足，为我国的太赫兹技术研究机构提供研发参考。
１ 全球太赫兹技术的发展
１．１ 太赫兹技术发展的总趋势
图１所示为全球太赫兹技术专利申请量总体变化趋势。从图１可看出，全球太赫兹技术的发展经历了３个重要阶段：一是１９７１－１９９５年的萌芽期（该阶段太赫兹技术领域虽有专利申请， 但每年的申请数量较少，维持在１０件以下）；二是１９９６－２００１年的稳步发展期（该阶段太赫兹各细分领域的专利申请数量逐渐增加，增长速度较为稳定）；三是２００２至今的快速发展期（该阶段太赫兹各细分领域专利申请数量的增长速度明显加快，太赫兹器件的专利申请数量增加最快；太赫兹源和太赫兹成像应用领域的专利申请数量相当；近３年来太赫兹成像应用的专利申请数量增长速度明显加快，年专利申请数量已超过太赫兹源）。 中原工学院学报
２０２０年 第３１
卷
图１ 全球太赫兹技术专利申请量总体变化趋势
分析可知，２００２年以来，太赫兹技术已成为全球研发的一大热点，较强的研究力量已投入太赫兹各细分领域，
且相应的技术创新成果频现，尤其是太赫兹器件和太赫兹成像应用两个细分领域的技术突破不断出现。需要说明的是，受专利审查周期和公开延迟的影响，２０１９年的专利申请数量并不能体现实际情况。从历年专利申请数量总体变化趋势可以判断，未来太赫
兹技术仍将处于快速发展期。１．２ 太赫兹技术发展方向的调整
专利申请数量可以反映技术的发展情况，因而从太赫兹各细分领域专利申请数量和占比的变化情况可看出技术发展的调整方向。过去５０年，全球太赫兹技术发展的方向曾多次被调整（见表１）。
表１ 全球太赫兹技术发展方向的调整情况
技术领域类别总计１９７０－１９８４年
１９８５－２０００年
２００１－２０１０年
２０１１－２０１９年
太赫兹源
申请数量／件２０８６３６５７０３１３１５占比／％１８．１１７．６２１．２２３．９１５．９太赫兹器件
申请数量／件６９８２０１８９１７９１５００２占比／％６０．６０．０６１．８６０．８６０．７太赫兹成像应用
申请数量／件２４４８１４５２４５３１９２９占比／％
２１．３
８２．４
１７．０
１５．４
２３．４
从专利申请总量来看，太赫兹器件的专利申请数量最多，为６９８２件，占比６０．６％；其次为太赫兹成像应用，专利申请数量为２４４８件，占比２１．３％。在技术调整方面，２０１１年以来，太赫兹成像应用专利申请数量占比有所增大，从最低１５．４％升至２３．４％；而太赫兹源的专利申请数量占比却呈现下降趋势，从最高２３．９％降至１５．９％；１９８５年以来，太赫兹器件专利申请数量占比变化不明显，呈现较为稳定的趋势。
从太赫兹技术发展方向的调整情况可以看出，太
赫兹器件和太赫兹成像应用是近几年技术调整的主要方向，
是未来太赫兹专利申请数量增长的重要领域，而太赫兹源未来技术突破的难度较大，相应的专利申请数量目前已呈现缩减趋势。
２ 我国太赫兹技术的创新能力定位
２．１ 总体创新能力定位
我国与世界其他主要国家太赫兹技术专利申请数量的对比如表２所示。
·
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第６期王 丹：基于专利视角的太赫兹技术发展趋势和建议
表２ 我国与世界其他主要国家太赫兹技术
专利申请数量的对比
件国家太赫兹成像应用太赫兹器件太赫兹源总计中国１１４６３１３３７４２５０２１日本２７９９３３３３２１５４４美国２３６９１２３９４１５４２韩国１６１３００８９５５０德国７０１８０５０３００俄罗斯６０１０５４０２０５英国３２１０１２６１５９加拿大２４５７１６９７澳大利亚
２０
４３
１６
７９
从表２可以看出，
目前我国在太赫兹技术的３个主要研究分支（即太赫兹成像应用、太赫兹源和太赫兹器件）
的专利申请数量，均领先于日本、美国、韩国、德国、俄罗斯、英国、加拿大和澳大利亚，是全球太赫兹专利申请数量最多的国家。由此可见，我国在太赫兹技术领域拥有最多的专利成果，科研实力强大。
２．２ 持续创新能力定位
一个领域的技术发展趋势可以反映该领域的持续创新能力。在太赫兹技术领域，全球主要国家的专利申请数量变化趋势如图２所示。
从图２可以看出，我国在太赫兹成像应用、太赫兹器件和太赫兹源３个细分领域的研究虽然起步较晚，但是专利申请数量均呈现持续增长趋势。且２０１０
年
（ａ）中国 （ｂ
）
日本（ｃ）美国 （ｄ
）
英国（ｅ）韩国 （ｆ
）德国图２ 全球主要国家的太赫兹技术专利申请数量变化趋势
以后专利申请数量的增长速度明显加快，尤其在太赫兹器件方面，创新成果产出的增长十分可观。这说明近１０年，我国在太赫兹技术领域投入了大量的研发力量，
取得了丰富的研究成果。从发展来看，我国未来在太赫兹领域的创新成果产出还将保持快速增长势头。从日本、美国、英国、韩国和德国等主要国家的太赫兹技术发展趋势可以看出，尽管一些国家（如日本、美国和德国等）
的技术研究起步较早，但是近年来在太赫兹·
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２０２０年 第３１卷
器件和太赫兹源方面，专利申请数量均呈现明显的下降趋势，在太赫兹成像应用方面则呈现振荡趋势。从总体趋势来看，日本、美国、英国、韩国和德国等国家在太赫兹技术领域的创新成果产出数量呈现逐年下降趋
势，
未来创新动力有不足表现。２．３ 协同创新能力定位
在太赫兹技术协同创新能力方面，我国与国外对比情况如表３所示。
表３ 我国与国外太赫兹技术协同创新能力的对比
％
技术领域
国外协同创新占比
总体１９７０－２０００年２００１－２０１０年２０１１－２０１９年我国协同创新占比
总体１９８５－２０００年２００１－２０１０年２０１１－２０１９年太赫兹源
半导体太赫兹源
２８．４１２．０３５．７２２．７７．６０．０７．３７．７光子学太赫兹源２４．１７．０３０．１２０．６５．００．０８．７４．７相对论电子元件太赫兹源２０．９０．０３０．８１７．９６．７０．００．０８．３真空电子器件太赫兹源
１４．６０．０１０．４１９．２４．４０．００．０５．０太赫兹器件
波导１６．８７．７１７．６１８．６４．９０．００．０５．４传感器２０．７０．０３０．２１５
．２３．７０．００．０３．８放大器２５．０６３．６４．８２５．０３．２０．００．０３．２滤波器２５．４０．００．０１２．７２．１０．００．０２．１耦合器
３２．８０．０３２．４３６．５５．２０．００．０５．２偏振器１５．２０．０２２．２１３．５０．００．００．００．０探测器１９．７１０．０３１．２１４．４５．３０．０１０．８５．１调制器２８．４１００．０４４．４１７．３３．１０．００．０３．４透镜１６．３０．０１９．２１５．５４．７０．００．０４．８集成系统２３．７１６．２３０．５１７．４１２．５０．０１３．１１２．４其他器件１８．０９．５２２．６１７．０５．６０．０１０．０５．４太赫兹成像应用
安全检查
３２．４１００．０２３．８４２．９１６．６０．００．０１６．８材料检测２３．９１８．４３５．９１８．２１５．９０．０７．１１６．３医疗保健２３．６６．３２４．７２４．５４．６０．０３３．３４．２无线通信１４．３０．０３３．３１１．８２５．００．００．０２５．０其他应用
２３．３
０．０
４４．４
１８．８
８．５
０．０
５０．０
７．８
从表３可以看出，
国外太赫兹各细分领域协同创新所产生专利数量占比普遍高于我国协同创新专利数量占比。这说明国外研究机构更加重视发挥不同主体的研发优势，通过相互合作进行技术攻关；而我国在太赫兹技术领域开展协同创新研发工作起步较晚，２００１年后才有协同创新专利产生，且从整体来看此类专利申请数量占比较低。
在太赫兹源领域，国外进行联合研发的主要方向是半导体太赫兹源，其协同创新专利占比最高；其次是光子学太赫兹源和相对论电子元件太赫兹源。我国在太赫兹源各方面的协同创新专利申请数量占比相差不大，且整体比例不高。
在太赫兹器件领域，国外在耦合器、调制器和放大器３个方面的协同创新专利申请数量占比较高。而我国在集成系统方面的协同创新专利申请数量占比最高，是主要的技术联合研发方向，其余方向专利申请数量占比均较低。
在太赫兹成像应用领域，国外在安全检查方面的协同创新专利申请数量占比最高，２０１１－２０１９年高达４２．９％，
说明国外十分看好太赫兹技术在安全检查方面的应用前景。我国联合研发的热点则是无线通信，安全检查次之。２．４ 布局能力定位
在获得知识产权保护，可以为我国太赫兹产
·
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第６期王 丹：基于专利视角的太赫兹技术发展趋势和建议
品进入市场保驾护航。从我国与世界其他主要国家的太赫兹技术境内外专利布局对比情况（见表４）可以看出：我国９０％以上的太赫兹专利均布局在境内，专利布局占比远低于日本、美国、英
国、韩国和德国；英国和德国的专利布局能力最强，在太赫兹源、太赫兹成像应用和太赫兹器件３个细分领域的专利布局占比均为６０％以上；日本、美国和韩国的专利布局占比整体也较高。由此说明，我国的太赫兹专利申请人对市场不够重视，他们的专利保护意识和布局能力亟需提高。
表４ 我国与世界其他主要国家的太赫兹技术境内外专利布局对比％
国家
境内专利数量占比
太赫兹成像应用太赫兹器件太赫兹源
专利数量占比
太赫兹成像应用太赫兹器件太赫兹源
中国９４．０９６．５９７．３６．０３．５２．７日本６０．３５５．６５６．２３９．７４４．４４３．８美国３８．１５０．５５８．９６１．９４９．５４１．１英国３８．３３６．４２６．３６１．７６３．６７３．７韩国７４．９７０．１５２．４２５．１２９．９４７．６德国３６．８３４．２３９．８６３．２６５．８６０．２
３ 关于我国太赫兹技术研究的建议
分析发现，全球太赫兹技术正处于快速发展期，太赫兹器件和太赫兹成像应用是技术发展的主要方向，也是未来专利申请数量快速增长的主要细分领域。我国在太赫兹技术研发方面具有强劲的实力，专利申请数量和持续创新能力均位居世界首位，但在太赫兹技术协同创新能力和专利布局能力方面存在不足，尤其对专利布局的重视程度明显不够，需要严防的专利侵权和技术剽窃。
３．１ 提升协同创新能力，做好知识产权管理
协同创新可以集众家技术之长，有效提升技术研发效率。通过强强联合，以资源最大化、效率最高化为目的的技术开发，是目前很多研究机构采取的研发策略。国外协同创新专利申请数量占比整体较高，在耦合器和安全检查方面达到了３０％以上，在半导体太赫兹源、光子学太赫兹源、集成系统、传感器、调制器、材料检测、医疗保健等方面也达到了２０％以上。而国内协同创新专利申请数量占比的各方面平均值在１０％以下。因此，国内太赫兹研究机构应重视和加强协同创新，充分利用高校的人才和创新资源优势、企业的产业化经验来降低研发成本，加快从基础研究到产业应用的进度。同时，在协同创新过程中，研究机构和企业要注意做好知识产权管理工作，提前以合同的形式约定知识产权归属和权益分配等。
３．２ 大力推进产业化进程，开展专利技术定向研发近年来，全球太赫兹成像应用的相关专利在太赫
兹技术全部专利中的占比大幅提升，说明研究机构已把越来越多的人力和物力放在了太赫兹成像应用技术的研发上。随着太赫兹源、太赫兹器件核心技术开发的趋于成熟，太赫兹技术大规模产业化应用将是未来发展的必然趋势。当前，太赫兹技术在国防和民用领域的应用重点在安全检查和材料检测方面，中期应注重于无线通信和医疗保健方向，长期需推进全产业链和各应用方向的跨越式发展［１５－１６］。
我国太赫兹研究机构在推进产业化进程中应有明确定位，结合自身优势进行充分的市场调研，选择能够率先取得突破的细分应用领域进行优先发展，避免产品同质化和低水平发展。相关研究机构应与太赫兹产业链下游机构合作，根据市场需求进行订单式的定向产品设计和研发生产。
３．３ 增强专利布局能力，加强创新成果的保护力度我国９０％以上的太赫兹专利均布局在国内，专利布局数量占比远远低于日、美、英、韩、德等国家。随着经济全球化的发展，国内太赫兹研究机构增强专利的布局能力、为产品拓展市场做好准备，尤为重要。
在专利布局时，可采用专利合作条约（ＰａｔｅｎｔＣｏｏｐｅｒａｔｉｏｎＴｒｅａｔｙ，ＰＣＴ）及巴黎公约两种方式。通过ＰＣＴ途径，申请人只需提交一份国际专利申请，就可实现在多个国家的专利申请，而不必向每个国家分别提交专利申请，这为申请人向外国申请专利提供了方便。通过巴黎公约途径则可较早地进入目标国家，从而可尽早在当地获得专利权，这对于产品即将打入
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