科技新知

一、太赫茲通訊概述

太赫茲通訊是指利用頻率介於約0.1 ~10 THz之間的電磁波進行數據傳輸的一項前瞻技術。這裡的「太赫茲波」指的是介於微波與紅外線之間的電磁波段，其波長極短、頻寬極大，因此具備支撐超高速數據傳輸的潛力；「頻寬」則代表系統可利用的頻率範圍，直接影響通訊速率和容量，隨著數位化時代對高速、低延遲通訊需求的飆升，太赫茲通訊因其理論上能夠達到百Gbps甚至Tbps級數據速率而備受矚目；同時，該技術也面臨著大氣吸收、傳播距離短等物理挑戰。本文將從太赫茲通訊的定義與基本特性，以及其應用潛力與面臨的技術挑戰兩個角度進行深入探討，各部分均引用具體數據來源，並解析其物理意義，力圖為讀者提供一個全面而具體的技術概述。

（一）太赫茲通訊定義與技術潛力

目前的太赫茲通訊系統研發主要使用頻率範圍在0.1~3 THz之間的電磁波，相較於傳統微波和毫米波通訊，其主要優勢在於極大的頻寬資源。以1 THz為例，其波長約為300微米，這種短波長賦予太赫茲波高空間解析度和極高速率數據傳輸能力。根據IEEE Communications Magazine的研究報告，太赫茲頻段理論上可支持每秒數百Gbps甚至Tbps級別的數據速率，成為實現下一代超高速無線通訊的關鍵技術。然而，太赫茲波在傳播過程中存在明顯的頻率選擇性衰減，儘管其頻譜空間尚未被大規模佔用，但仍面臨訊號生成、調變和高效檢測等技術挑戰，因此研發高效的太赫茲源、探測器及匹配天線和射頻元件相當重要。這些技術突破將推動太赫茲通訊從實驗室走向實際應用，並為未來的應用前景提供理論依據與技術指引。

（二）太赫茲通訊的技術挑戰

太赫茲波的短波長特性使其在成像與安全檢測方面具有優勢，能穿透非金屬材料，應用於隱藏物檢測和醫學診斷，然而，太赫茲技術面臨傳播衰減和訊號處理的挑戰，尤其是水蒸氣吸收造成的訊號損失。太赫茲源和探測器的高成本、低能效和製造技術的不成熟，也需突破，全球研究機構和企業正積極開發相關元件並推動標準化，期望通過國際合作和技術創新突破技術瓶頸。太赫茲通訊技術的發展將直接影響未來通訊網路的建設和資訊社會的進步。

二、太赫茲技術的關鍵突破

太赫茲通訊技術涉及多個專有名詞與關鍵概念。首先，「頻譜利用」指的是在特定頻段中如何高效地分配與使用可用頻率資源，而「訊號衰減」則描述電磁波在傳播過程中因大氣吸收、散射等因素導致強度降低的現象；「天線與射頻元件」是指實現訊號發射與接收的硬體設備，其性能直接影響系統效率與覆蓋範圍；「系統積體化」則涉及將各模組整合成為一個緊湊、高效的裝置；而「訊號處理技術」則涵蓋數位演算法與硬體技術，負責提升數據傳輸的準確性與穩定性，對後續各項技術問題的探討具有指向意義。

（一）挑戰與突破方法

在太赫茲通訊中，頻譜利用率影響數據傳輸能力，雖頻譜資源豐富，但受水蒸氣與大氣分子吸收影響，1 THz 頻率下訊號衰減可達 20 dB/km，使遠距離傳輸極具挑戰性。此外，短波長易受散射與表面粗糙度影響，導致頻率選擇性衰減。因此，頻譜分配、功率控制及抗衰減技術成為關鍵，而如何在多用戶環境中有效分割頻譜、降低干擾亦是技術難題。為解決此問題，多項突破性技術相繼提出，包括動態頻譜管理與共享技術，透過 AI 與大數據分析即時監控頻譜使用，實現動態分配與最佳頻段選擇；高精度波束成形與 多輸入輸出（Multiple-Input Multiple-Output, MIMO）技術，透過天線設計與空時編碼提高傳輸效率並降低干擾；先進通道編碼與抗衰減算法，如低密度同位檢測碼（Low Density Parity Check, LDPC）、渦輪碼與自適應調變技術，強化錯誤訂正與頻道適應性；智能環境感知與自適應傳輸控制，透過機器學習即時建模與功率調整，提高數據吞吐量；新型元件技術，如天線設計，提高發射與接收效率，降低訊號損耗；中繼節點與網狀網絡技術，通過多跳傳輸減少單一路徑衰減，確保系統穩定。

（二）天線與射頻元件的研發現況

太赫茲通訊的天線與射頻元件作為訊號的發射和接收核心，其研發水準決定了整個系統的性能和效率。目前，實現高效的太赫茲波輻射器和探測器一直是技術研發的重點，現階段主流太赫茲源的轉換效率普遍不足20%，而在探測器方面，靈敏度與響應速度仍有待提升，此外，為應對太赫茲波短波長帶來的高衰減問題，天線設計上必須兼顧指向性與增益，常見的解決方案包括利用微型陣列天線實現波束成形技術，以期在有限功率下獲得較大覆蓋範圍，射頻電路的微縮化與低損耗設計亦成為研發熱點，相關實驗數據表明，通過新型半導體材料和先進製程，可以將電路損耗降低10~15%，但與毫米波相比仍存在明顯劣勢，這些挑戰不僅限制了太赫茲系統在實際環境中的應用，也促使國內外多家研究機構與企業積極投入，尋求突破現有技術瓶頸，整體來說，天線與射頻元件的改進對於實現穩定、超高速數據傳輸具有決定性意義，其進步將直接推動太赫茲通訊向商業化應用邁進。
 

資料來源：工研院產科國際所 ITIS研究團隊 (2025/07)
圖1 陣列天線架構實現波束成形技術
 

（三）系統積體化與訊號處理技術創新

太赫茲通訊系統的整體性能不僅依賴於單一元件的突破，更取決於整個系統的積體化設計與先進訊號處理技術的應用。系統積體化旨在將各獨立模組（如太赫茲源、天線、射頻電路與訊號處理單元）有效整合，從而實現體積小型化、功耗降低及性能穩定性提升，現有研究顯示，通過系統級積體化設計，可使裝置尺寸縮小50%以上，同時降低電路間干擾與訊號損耗；另一方面，先進的訊號處理技術在太赫茲通訊中扮演著關鍵角色，由於高頻訊號在傳輸中容易受到大氣衰減及相位失真影響，必須依賴高效的數位濾波、通道編碼與自適應技術來恢復原始訊號。利用機器學習算法輔助的訊號處理方法，已在模擬環境中成功降低了多達40%的訊號失真，此外從硬體到軟體的整體協調設計，也使得系統在高速傳輸與低延遲要求下依然保持高度穩定性，這些技術創新不僅解決了物理層面固有的限制，更為太赫茲通訊在實際應用中的可靠性與可擴展性提供了堅實保障，預示著未來在智慧城市、遠端醫療及自動駕駛等領域的廣泛應用前景。

三、各國太赫茲技術發展動態

全球各國在太赫茲技術的發展上都取得了顯著進展，並在多個應用領域展現出強大的潛力。美國的MIT、UC Berkeley和德州大學等研究機構，專注於高功率太赫茲源、檢測器、成像與通訊技術的研發，並在頻率梳生成技術方面取得了突破，成像分辨率已達亞毫米級；德國的Fraunhofer Institute、TU Darmstadt和UEN等機構則專注於太赫茲檢測器、成像技術和光譜分析，並成功將太赫茲成像系統應用於材料和結構分析；日本的Sony、RIKEN和東京大學則在太赫茲光源與成像技術方面取得了重要進展，尤其是在傳感器模組的整合與系統小型化方面，並已取得高解析度太赫茲成像技術的專利，並開始進行工業化試驗；韓國的Samsung與KAIST則專注於太赫茲通訊技術及成像檢測系統的模組化，並已展示出高數據傳輸率的原型系統，該系統已進入測試階段；中國的清華大學、中國科學院、浙江大學等機構則在太赫茲源、檢測器及成像雷達系統方面進行了大量研發，並展示了多項原型機，包括太赫茲雷達與成像系統，部分已進入試點商用化階段。這些國家的積極投入與技術創新，推動了太赫茲技術的全球發展，並在通訊、成像、檢測等多領域展現出廣闊的應用前景。

四、太赫茲通訊的趨勢與展望

太赫茲技術在全球範圍內正積極推動標準化和國際合作，跨國標準組織如3GPP和國際電信聯盟（ITU）已開始為未來的6G通訊進行相關標準的研制，並預計在2026~2027年間完成6G的標準規範，在此過程中，各國通過參與國際標準組織，分享技術成果，協調頻譜分配，以確保全球通訊系統的互操作性。中國亦強調推動6G關鍵技術自主創新與跨領域協作，並加快國際合作，構建開放共贏的全球產業生態，這些措施將助力太赫茲技術的全球協同發展，加速技術的成熟與應用，太赫茲技術的商業化已經在多個領域取得顯著進展，並成功實現了實際應用落地，在通訊領域，太赫茲技術被視為6G無線通訊的關鍵，滿足超高速資料傳輸的需求。瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）和麻省理工學院等研究機構也開發出基於矽基技術的太赫茲發射器，並推出適用於工業檢測的標準化產品，顯示出太赫茲技術的巨大市場潛力。隨著太赫茲技術逐步進入商業化階段，未來將進一步與人工智慧、地面與非地面網路等技術融合，開發出新的應用場景，促進各行各業的數位化轉型，並為經濟發展注入新動力。

五、結論

近年來，隨著太赫茲晶片、放大器、天線等核心元件的技術突破，其在無線通訊中的應用前景逐漸明朗，多國已成功開發並實現了超過100 Gbps的數據傳輸速率，為未來6G通訊提供了關鍵技術支持。企業也積極投入太赫茲感測技術的開發，將其應用於非破壞性檢測（NDT）、生物醫學成像、高精度光譜分析等領域，進一步拓展了市場規模，從長遠來看，太赫茲技術將與其它前瞻技術（如人工智慧、量子技術、地面與非地面網路等）進行深度融合，形成更具競爭力的創新應用，有助於實現超高安全性的無線通訊系統。未來的智慧製造、智慧城市、無人機通訊等領域，也可能受益於太赫茲技術的發展，隨著技術的不斷成熟和成本的降低，太赫茲技術的應用將逐步滲透到更多日常場景，並推動全球科技產業的升級，太赫茲技術雖仍面臨諸多挑戰，但在標準化、技術突破與商業化應用等方面均已取得重要進展，未來隨著國際合作的深化、關鍵技術的突破以及跨領域應用的拓展，太赫茲技術將成為推動未來6G通訊與感測技術發展的重要驅動力，為全球科技與產業帶來革命性的變革。
 

(本文作者為工研院產科國際所執行產業技術基磐研究與知識服務計畫產業分析師)