PCB線路板材料的介電常數(shù)（Dk）或相對介電常數(shù)并不是恒定的常數(shù) – 盡管從它的命名上像是一個常數(shù)。例如，材料的Dk會隨頻率的變化而變化。同樣，如果在同一塊材料上使用不同的Dk測試方法，也可能會測量得出不同的Dk值，即使這些測試方法都是準確無誤的。隨著線路板材料越來越多地應(yīng)用于毫米波頻率，如5G以及先進輔助駕駛系統(tǒng)等領(lǐng)域，理解Dk隨頻率的變化以及哪種Dk測試方法是“合適”的是非常重要的。

盡管諸如IEEE和IPC等組織都有專門的委員會來探討這一問題，但目前還沒有一個標準的行業(yè)測試方法來測量毫米波頻率下線路板材料的Dk。這并不是因為缺乏測量方法，事實上，Chen et al.1等人發(fā)表的一篇參考論文中描述了80多種測試Dk的方法。但是，沒有哪一種方法是理想的，每種方法都具有它的優(yōu)點和不足，尤其是在30到300 GHz的頻率范圍內(nèi)。

電路測試vs原材料測試

通常有兩大類的測試方法用于確定線路板材料的Dk或Df（損耗角正切或tanδ）：即原材料測量，或者在由材料制成的電路進行測量。基于原材料的測試依賴于高質(zhì)量可靠的測試夾具和設(shè)備，直接測試原材料可以獲得Dk和Df值?；陔娐返臏y試通常是使用常見電路并從電路性能中提取材料參數(shù)，例如測量諧振器的中心頻率或頻率響應(yīng)。原材料的測試方法通常會引入了測試夾具或測試裝置相關(guān)的不確定性，而電路測試方法包含來自測試電路設(shè)計和加工技術(shù)的不確定性。由于這兩種方法不同，測量結(jié)果和準確度水平通常不一致。

例如，由IPC定義的X波段夾緊式帶狀線測試方法，是一種原材料的測試方法，其結(jié)果就無法與相同材料的電路測試的Dk結(jié)果一致。夾緊式帶狀線原材料測試方法是將兩片待測材料（MUT）夾在一個特殊的測試夾具中來構(gòu)建一個帶狀線諧振器。在待測材料（MUT）和測試夾具中的薄諧振器電路之間會有空氣，空氣的存在會降低測量的Dk。如果在相同的線路板材料上進行電路測試，與沒有夾帶空氣，測得的Dk是不同的。對于通過原材料測試確定的Dk公差為±0.050的高頻線路板材料，電路測試將得到約±0.075的公差。

線路板材料是各向異性的，通常在三個材料軸上具有不同的Dk值。Dk值通常在x軸和y軸間差別很小，因此對于大多數(shù)高頻材料，Dk各向異性通常指在z軸和x-y平面之間進行的Dk比較。由于材料的各向異性，對于相同的待測材料（MUT），測量得到的z軸的Dk與x-y平面上的Dk是不同的，盡管測試方法和測試得到的Dk的值都是“正確的”。

用于電路測試的電路類型也會影響被測Dk的值。通常，使用兩種類型的測試電路：諧振結(jié)構(gòu)和傳輸/反射結(jié)構(gòu)。諧振結(jié)構(gòu)通常提供窄帶結(jié)果，而傳輸/反射測試通常是寬帶結(jié)果。使用諧振結(jié)構(gòu)的方法通常更準確。

測試方法示例

原材料測試的一個典型示例是X波段夾緊式帶狀線方法。它已經(jīng)被高頻電路板制造商使用多年，是確定線路板材料的z軸中的Dk和Df（tanδ）的可靠手段。它使用夾緊式夾具使待測材料（MUT）樣品形成松耦合的帶狀線諧振器。諧振器的被測品質(zhì)因數(shù)（Q）為空載Q，因此電纜，連接器和夾具校準對最終測量結(jié)果影響很小。覆銅電路板在測試之前需要將所有的銅箔蝕刻掉，僅測試介質(zhì)原材料基板。電路原材料在一定的環(huán)境條件下，切割成一定尺寸并放置于諧振器電路兩側(cè)的夾具中（見圖1）。