5G毫米波寬帶高效率芯片及相控陣系統技術的知識產權分析與評議①

裘 暉

5G 技術可承載對網絡有特殊需求的諸多產業應用場景，是下一輪科技革命的制高點，因此世界各國政府均在2012-2013 年期間著力出臺了促進5G 技術研發的相關政策，隨之而來的是各國運營商在5G 技術試驗和產業鏈規劃方面的白熱化競爭態勢。2020年全球共有63 家運營商實現5G 商用，381 家運營商投資5G 進行網絡部署和測試驗證。毫米波是實現5G大容量和高傳輸速率的主要高頻段之一，其不僅涉及政策層面的競爭策略，更是各國運營商在試驗和產業鏈規劃方面的主要競爭對象。2020 年1 月19 日，中國網絡通信與安全紫金山實驗室利用硅基工藝在該技術領域取得突破，將毫米波相控陣芯片的制備成本大幅降低。

本文針對“5G 毫米波寬帶高效率芯片及相控陣系統技術”開展專利分析，梳理國外和國內在該技術領域的技術發展及重點專利權人，從重點專利申請的合作情況、主要發明人、重大法律事件和核心技術生命周期等進行統計分析，為科研院校和企業選擇正確的研發方向，確定突破的技術難點，合理規劃研發方案，提供輔助決策信息；同時為規避研發的侵權風險，提前進行知識產權風險預警；推動中國發展擁有核心自主知識產權的5G 毫米波寬帶高效率芯片及相控陣系統。

一、專利申請人分析

為了明確全球5G 毫米波寬帶芯片及相控陣系統的重點專利申請人及其分布情況，圖1 對該技術領域的全球前20 位專利申請人及其技術構成進行了詳細分析，國內國外申請人各占一半。其中，國內申請人以高等院校為主，包括電子科技大學、東南大學、華南理工大學、南京理工大學和西安電子科技大學等，公司包括京信通信、華為、OPPO、摩比集團、維沃移動通信有限公司和深圳市信維通信股份有限公司。國外申請人全部為公司，主要為芯片巨頭三星電子、英特爾、高通，通信巨頭愛立信，此外還有美國AT&T、美國APPLE 公司、美國的IBM 和博通公司等?？梢姡瑖馍暾埲顺艘患翼n國公司三星電子和一家日本公司三菱電機，其他均為美國公司。

圖1 全球前20位專利申請人、專利權人及其技術構成

中國的電子科技大學的專利申請量位列全球首位，其在天線、射頻前端和其他芯片器件領域具有均衡的專利布局。電子科技大學在5G 通信技術，尤其毫米波及相控陣技術方面的研發實力強勁，在5G 通信技術領域擁有眾多研究成果，其技術水平位于全國高校前列。其主要發明人包括程鈺間、林先其、屈世偉、張勇等。

中國的京信通信公司位列全球第2 位，其專利布局集中在天線和射頻前端技術領域，且布局相對較為均衡。京信通信公司具體包括京信通信技術（廣州）有限公司、京信射頻技術（廣州）有限公司、京信通信系統（中國）有限公司、天津京信通信系統有限公司。其專利申請大部分為集團內子公司的聯合申請，因此報告將各個子公司合并從而一窺京信通信集團在該技術領域的整體發展狀況。京信通信是全球基站天線一級供應商，其在2017 年的市場份額達13%，全球排名第二，僅次于華為（32%）。此外，京信通信一直致力于小基站研究，是該領域的龍頭企業，實現商用小基站超過20 萬臺。面對5G 設備、芯片等技術領域，更多人想到也許是華為、中興等巨頭，殊不知，在轟轟烈烈的5G 浪潮中，京信通信作為一個通訊公司竟然表現如此搶眼。

韓國的三星電子、美國的英特爾和中國的華為在全球專利申請人中分列第3、4 和5 位，東南大學在全球專利申請中排名第6 位，其專利申請以天線為主、射頻前端次之。東南大學是教育部直屬的全國重點大學，建有移動通信國家重點實驗室和毫米波國家重點實驗室，在無線移動通信以及毫米波研究領域，一直享有很高的聲譽。東南大學積極與華為、中興等企業合作，并與美國的NI（美國國家儀器）公司達成戰略合作，共同簽署毫米波技術聯合實驗室建設協議，雙方資源技術互補，攜手突破毫米波通信關鍵技術難題。

此外，中國的摩比公司也成為5G 技術領域的一匹黑馬，其以180 項的專利申請量排名全球第14 位。集團在西安國家高新區設有天線開發研究院，致力于將成熟的研發體系投入到公司的產品開發和產業化中來，形成了包括移動通信基站及直放站天線、小型面陣天線等重點產品。受益于5G 商用化的進程加速，摩比發展(00947)在2019 年前9 個月5G 產品累計銷售收入同比增長了約186%①[1]http://fi nance.sina.com.cn/stock/relnews/hk/2019-11-08/doc-iicezuev8116314.shtml.。

縱觀全球前20 位專利申請人的技術構成，可見大部分申請人的專利布局技術領域均集中在天線技術領域，射頻前端次之。其中，三星電子、華為、AT&T、OPPO、APPLE、維沃移動通信有限公司、深圳市信維通信股份有限公司重點布局天線技術領域，由此可見手機終端生產商更多關注天線技術領域。而英特爾和高通等典型芯片生產商更關注射頻前端技術領域。

此外，圖1 還對該技術領域的全球有效專利的前20 位專利權人及其技術構成進行了統計。由統計結果可知，在有效專利統計結果中，原專利申請人的排名有不同幅度的波動。雖然，國內高校類申請人的有效專利申請排名下降幅度不一，例如電子科技大學排名僅降低2 位，東南大學排名僅降低1 位，但國內高校整體上專利獲權及有效率維持水平較低，因此建議國內高校申請人必須從高價值專利培育方面下足功夫，并建立一套有效的知識產權管理體系，防止優秀技術因為專利權維護不當而流失。相對而言，大部分公司類專利申請人在有效專利申請排名中有不同程度的上升。其中，國內京信通信排名上升到第1 位，韓國的三星電子上升到第2 位。美國的AT&T、IBM 公司和博通公司上升幅度較大，排名上升了4～7 位?？梢姡绢悓＠暾埲藢＠墨@權及權利維護下足了功夫，這與其商業戰略息息相關。公司類申請人中，只有美國英特爾公司、中國OPPO 公司和維沃移動通信有限公司在有效專利申請的排名中有所下降。此外，廣東通宇通訊股份有限公司在有效專利申請排行榜中進入前20 位，值得關注。

全球前100 位專利申請人中，國內申請人和國外申請人各占50%。相對國外申請人，國內申請人依然是高等院校申請人居多，包括電子科技大學、東南大學、華南理工大學、南京理工大學、西安電子科技大學、南京郵電大學、清華大學、北京郵電大學、天津大學等25 所高校，其中電子科技大學專利申請數量542 項，位居全球第一位。此外中國電子科技集團下的眾多科研院所表現搶眼，其共有6 家院所（第十研究所、第十三研究所、第三十八研究所、第四十一研究所、第五十四研究所、第五十五研究所）進入前100 名榜單。國外申請人以美國公司居多，韓國和日本次之。

5G 毫米波寬帶芯片及相控陣系統技術中國地區公開的專利申請的申請人構成情況，其中企業占比61%，其次為大專院校占比31%，隨后為科研單位5%，此外還有小部分的申請人為個人。由此可知，由于5G 技術與市場貼合緊密，其技術發展迅速，世界各國的商用化事業緊鑼密鼓，因此越來越多的企業投入到該技術領域中，且尤其關注到中國這個潛力巨大的市場。此外，由于國家知識產權政策的引導和推廣，以及近年來美國利用337 條款針對中國進行的進出口貿易擠壓事件，國內企業的知識產權保護意識逐漸增強，因此技術和知識產權保護并駕齊驅，出現了企業專利申請人超過大專院校的局面。

二、重點專利申請人合作情況

對全球5G 毫米波寬帶芯片及相控陣系統技術的部分專利申請人的合作情況進行分析。雖然從產業調研背景中發現，世界各國的主要專利申請人在5G 技術領域很早已經開展合作，如愛立信、華為、諾基亞等均參與了歐盟“METIS”5G 研發項目；三星、諾基亞、愛立信等數家國際企業均是國家863 計劃“第五代移動通信系統研究開發”重大項目的研發合作伙伴，但是其在專利申請上并沒有明顯的合作態勢，主要專利申請人的權利保護邊界清晰，各自為營，只有瑞典愛立信和美國IBM 公司有少量的專利聯合申請。相對而言，中國的華為公司與高校合作較多，包括電子科技大學、華南理工大學、清華大學和東南大學等，可見華為有效利用了高校的研發資源和技術成果。

三、發明人分析

發明人是技術創新的核心，對發明人進行分析可以從更細的層面明確各個申請單位的技術強項，并為企業、政府人才引進提供參考。圖2 對全球5G 毫米波寬帶芯片及相控陣系統技術領域的全球前30 位專利發明人及其技術構成進行了詳細分析。由圖可知，目前該技術領域的前30 位專利發明人中，美國AT&T 和我國東南大學的發明人表現最為搶眼，占比較高。

圖2 全球前30位專利發明人及其技術構成

此外，中國企業成都賽納賽德科技有限公司也表現不俗，尤其其發明人王清源以161 項專利申請的數量排列第1 位。對其專利的技術構成進行分析，可見其少量申請關于射頻前端，大部分申請集中在芯片的波導結構領域。成都賽納賽德科技有限公司專注于頻率在0.01GHz～220GHz 的微波毫米波器件的研發、制造、銷售與服務。其中，王清源為賽納賽德科技的副董事長，且為電子科技大學教授，博士生導師，主要研究方向為毫米波電路與系統，電磁兼容，天線理論與技術，微波電子學，高速數字電路的信號完整性等。此外，縱觀其他發明人，可以發現大部分發明人的研究領域比較集中，如東南大學的洪偉教書主攻天線技術領域，美國AT&T 公司的發明人主攻天線和其他芯片技術，南京理工大學的戴永勝教授主攻射頻前端器件等等。

全球前50 位專利發明人中以國內高校發明人為主，國外企業發明人為輔。國外企業包括美國AT&T公司、APPLE 公司、MOVANDI 公司、博通公司、INTEL 公司、IBM 公司。其中，MOVANDI 公司是毫米波RF 前端解決方案新創公司，是Innovent 公司被美國博通收購之后，其創始人Maryam Rofougaran 與其哥哥Reza 與2016 年7 月創辦的第二家目標改革毫米波網絡、催生下一代5G 與多Gbit 連結技術的公司。

四、法律事件

全球5G 毫米波寬帶芯片及相控陣系統技術領域的大部分專利申請均為發明專利，實用新型占比很少，這與該技術領域大部分涉及器件功能優化、系統和控制技術，因此根據不同專利類型的保護范圍僅能使用發明專利有關。此外，該技術領域的外觀設計僅有9 項。

圖3 對全球5G 毫米波寬帶芯片及相控陣系統技術相關專利申請的法律狀態進行了統計?？梢娔壳霸摷夹g領域的有效專利占比很高，達到41%。審中專利僅占比25%，失效專利占比低至14%?？梢娫摷夹g領域的專利技術創造性較高。并且由于5G 技術的商用化和市場化推進迅速，大部分專利申請人均在專利獲權和權利維持方面下足了功夫。對于中國地區的有效和失效專利，其審查周期大部分集中在19-24 個月，其次為25-30 個月，可見該技術領域在國內的專利申請大部分需經過2 年左右的周期才能確定是否可獲權。圖4 所示為中國專利申請的專利授權率變化趨勢，可見該技術領域在中國境內的專利授權率正逐年上升。而失效專利的維持年限普遍在1-3 年左右，專利權維持在5 年以上的專利申請僅占比20%左右。

圖3 全球專利申請法律狀態分布圖

圖4 中國專利申請授權率變化趨勢

全球5G 毫米波寬帶芯片及相控陣系統技術各個技術分支的專利申請法律狀態分布情況，從側面反映出各個技術分支的發展現狀。天線和射頻前端技術領域的法律狀態分布情況相似，可見作為5G 毫米波芯片及相控陣系統的重要組成部分，兩者的發展狀況十分相近，而其他芯片器件技術領域的專利失效占比較高，其專利獲權和權利維持程度較低。

通過對全球5G 毫米波寬帶芯片及相控陣系統技術的專利運營情況進行分析，發現該技術領域的專利運營主要集中在專利轉讓事件上，專利許可和訴訟事件很少，分別限于10 項以內，此外沒有發生過專利無效事件。圖5 所示為全球5G 毫米波寬帶芯片及相控陣系統技術相關專利轉讓趨勢情況。由統計結果可知，目前該技術領域的權利轉讓相關專利共4,700 項，其年專利轉讓數量逐年增加，尤其自2016 年以后增速加大，其中天線技術領域的相關專利轉讓數量增速明顯，占比較高。對專利轉讓和受讓人進行進一步分析（如圖6 所示），發現大部分轉讓人為國外個人，大部分受讓人為國外企業，這可能與美國專利申請制度有關，即發明人申請專利后，發明人將專利（申請）權轉讓給公司。而京信通信的專利轉讓多發生在公司內部。因此，根據目前的專利轉讓數據來看，尚無法判斷出行業內的合作關系及專利市場價值。

圖5 全球專利轉讓趨勢圖

圖6 專利轉讓和專利受讓人分析

五、技術生命周期分析

2012 年以前，該技術領域的專利申請量和申請人數量沒有明顯變化趨勢，因此2012 年以前該技術領域處于萌芽期。2012 年以后，該技術領域的專利申請人和專利申請量幾乎呈線性增長。尤其2015 年，專利申請數量達到1,410 項，專利申請人達到631 人，人均專利申請量超過2 項。說明5G 毫米波寬帶芯片及相控陣系統技術沒有經過調整期和緩慢發展期即進入了快速發展期，這與通信技術領域1G 至4G 時期的技術儲備及其與5G 技術的相互銜接密切相關。此外，雖然2019-2020 年的專利申請尚未完全公開，但已有數據表明2019 年5G 毫米波寬帶芯片及相控陣系統技術領域的生命周期曲線增速進一步增大。這是因為2019 年是5G 商用元年，這一年，我國政府正式發放了5G 商用牌照，美國第四大無線運營商Sprint也在2019 年實現2.6GHz 的5G 網絡商用化。商用化的落地刺激了技術的發展和知識產權戰場的競爭，因此2019 年起人均專利申請量大幅上升，根據目前已經公開的專利進行統計，人均專利申請量已經達到2.88 件。

六、結論與建議

（一）重視專利情報在科研項目管理中的創新因素作用

《高等學校知識產權管理規范》提出對于自然科學類科研項目，知識產權管理工作貫穿始終，有效保護科研人員每個階段的智力勞動成果②高等學校知識產權管理規范，中華人民共和國國家標準GB/T 33251-2016，2016-12-13 發布.。重視專利情報的利用，能夠幫助項目組準確認識技術研發動向和最新技術前沿，明確科學研究課題，合理制定研發方案；及時獲取瞬息萬變的專利信息，知彼知己，適時調整專利布局；開拓知識產權轉化前景，實現價值最大化。

充分發揮國家體制優勢，通過建立全球、國家、省市、科研院所、企事業、民間多級專利數據庫，特別是涉及國家重大戰略和迫切攻關技術的重點專利數據庫，讓專利信息情報更加高效、便利需求者的獲取，當然也要引入涉密管理機制，有效管控侵權風險。將專利信息情報運用到科研項目的各個階段，發揮積極作用是非常必要的。

（二）提升專利質量，形成高價值專利

“培育高價值專利”和“提升專利質量”是形勢發展和科技進步的必然趨勢。專利質量的提升需要由表及里，既需要將專利文案撰寫質量提高，更需要專利內涵具有原創性、新穎性、突破性、實用性、轉化性。高質量和高價值專利的更接地氣，能有效解決實際問題，更容易進行成果轉化。只有將實際問題更好的收集與傳遞，才能讓高質量、高價值專利萌發，政府和企業定期公布需要迫切解決的實際問題，以縱向和橫向項目的形式招標或申報，正確引導和合理規劃。

科研項目的知識產權管理由專職人員和專利服務機構協同進行，合理分配項目人員職責?？蒲泄リP技術人員提出檢索需要，服務機構充分檢索，專業分析反饋；科研過程的每一項成果及時總結，合理撰寫權利要求，充分布局保護創造點；密切關注審查意見，及時有效答復。

（三）統籌專利布局策略，建立專利保護網

專利保護網的構筑，需要統籌專利布局，涉及多個方面，包括時間、地域、類型和技術內容等。

（1）綜合考慮，開展全面布局

技術因素是任何一種專利布局的基礎要素，全面布局要把握技術改進方向，一項技術的發展總是向其極限性能方向發展③馬天旗主編，專利布局[M].北京：知識產權出版社，2016 年9 月第1 版.。在“5G 毫米波高效率寬帶芯片及其相控陣系統”項目中，提高效率是當前專利布局的重點。除了需要在縱向、深度方向進行專利布局，同時還需要考慮橫向、寬度方向的專利布局，根據5G 毫米波高效率寬帶芯片及其相控陣系統的技術分支，注重天線技術領域專利布局的同時，應當關注射頻前端各個器件的專利布局情況。

（2）精準把控，抓好時間布局

專利的保護期限具有時間限定的特點，技術發展也隨時間不斷變化，在專利布局時必須考慮時間因素。與專利申請有關的時間點非常多，包括優先權日、申請日、公開日、授權公告日、期限屆滿日等。針對“5G 毫米波高效率寬帶芯片及其相控陣系統”項目，專利布局的時間節點應當重點考慮目前技術發展動向、產業化成熟進程，以及競爭對手的研究方向和市場需求，合理布局專利提交時間點，在特定時間內申請。

（3）運籌帷幄，提前海外布局

專利的地域屬性使得它的作用有一定的地域局限性，專利布局必須考慮現有和未來的市場地域，現有和潛在競爭對手的市場地域等因素，專利地域布局需要考慮到未來10～20 年，甚至更加長遠的技術發展情況，詳細評估專利海外布局的必要性，提前做好海外市場的布局。

（四）加強產學研合作，加速技術產業化進程

高校和科研院所要走出去，必須和企業進行產學研合作，充分了解市場需要和技術瓶頸，各取所需，優勢互補，這樣可以從整體上提升我國的技術水平和市場占有力?！?G 毫米波高效率寬帶芯片及其相控陣系統”項目成員主要為高校，可以選取有一定經濟實力、影響力的企業進行聯合開發，搭建技術成果產業化的平臺，比如國內的華為、OPPO、京信通信和摩比集團等公司。