PCB线路板资料的介电常数（Dk）或相对介电常数并不是稳定的常数 – 虽然从它的命名上像是一个常数。例如，资料的Dk会随频率的改变而改变。相同，假如在同一块资料上运用不同的Dk测验办法，也或许会丈量得出不同的Dk值，即便这些测验办法都是准确无误的。跟着线路板资料越来越多地运用于毫米波频率，如5G以及先进辅佐驾驭体系等范畴，了解Dk随频率的改变以及哪种Dk测验办法是“适宜”的是非常重要的。
虽然比如IEEE和IPC等安排都有专门的委员会来评论这一问题，但现在还没有一个规范的职业测验办法来丈量毫米波频率下线路板资料的Dk。这并不是因为缺少丈量办法，事实上，Chen et al.1等人宣布的一篇参阅论文中描绘了80多种测验Dk的办法。可是，没有哪一种办法是抱负的，每种办法都具有它的长处和缺乏，尤其是在30到300 GHz的频率范围内。
电路测验vs原资料测验
一般有两大类的测验办法用于确认线路板资料的Dk或Df（损耗角正切或tanδ）：即原资料丈量，或许在由资料制成的电路进行丈量。依据原资料的测验依赖于高质量牢靠的测验夹具和设备，直接测验原资料能够取得Dk和Df值。依据电路的测验一般是运用常见电路并从电路功能中提取资料参数，例如丈量谐振器的中心频率或频率呼应。原资料的测验办法一般会引入了测验夹具或测验设备相关的不确认性，而电路测验办法包含来自测验电路规划和加工技能的不确认性。因为这两种办法不同，丈量成果和准确度水平一般不一起。
例如，由IPC界说的X波段夹紧式带状线测验办法，是一种原资料的测验办法，其成果就无法与相同资料的电路测验的Dk成果一起。夹紧式带状线原资料测验办法是将两片待测资料（MUT）夹在一个特别的测验夹具中来构建一个带状线谐振器。在待测资料（MUT）和测验夹具中的薄谐振器电路之间会有空气，空气的存在会下降丈量的Dk。假如在相同的线路板资料上进行电路测验，与没有夹藏空气，测得的Dk是不同的。关于经过原资料测验确认的Dk公役为±0.050的高频线路板资料，电路测验将得到约±0.075的公役。
线路板资料是各向异性的，一般在三个资料轴上具有不同的Dk值。Dk值一般在x轴和y轴间不同很小，因而关于大多数高频资料，Dk各向异性一般指在z轴和x-y平面之间进行的Dk比较。因为资料的各向异性，关于相同的待测资料（MUT），丈量得到的z轴的Dk与x-y平面上的Dk是不同的，虽然测验办法和测验得到的Dk的值都是“正确的”。
用于电路测验的电路类型也会影响被测Dk的值。一般，运用两种类型的测验电路：谐振结构和传输/反射结构。谐振结构一般供给窄带成果，而传输/反射测验一般是宽带成果。运用谐振结构的办法一般更准确。
测验办法示例
原资料测验的一个典型示例是X波段夹紧式带状线办法。它现已被高频电路板制造商运用多年，是确认线路板资料的z轴中的Dk和Df（tanδ）的牢靠手法。它运用夹紧式夹具使待测资料（MUT）样品构成松耦合的带状线谐振器。谐振器的被测品质因数（Q）为空载Q，因而电缆，连接器和夹具校准对终究丈量成果影响很小。覆铜电路板在测验之前需求将一切的铜箔蚀刻掉，仅测验介质原资料基板。电路原资料在必定的环境条件下，切割成必定尺度并放置于谐振器电路两边的夹具中（见图1）。
图1 X波段夹紧式带状线测验夹具旁边面(a)，谐振器示意图(b)，及夹具实物图(c)
谐振器规划是频率2.5 GHz的半波长谐振器，因而第四个谐振频率为10 GHz，这是常用于Dk和Df丈量的谐振点。能够运用较低的谐振点和谐振频率 – 乃至能够运用较高的第五个谐振频率，可是因为谐波和杂散波的影响一般防止运用更高的谐振点。丈量提取Dk或相对介电常数（εr）很简略：
其间n是第几个谐振频点，c是自由空间中的光速，fr是谐振的中心频率，ΔL补偿耦合空隙中的电场引起的电长度延伸。从丈量中提取tanδ（Df）也很简略，它是谐振峰值的3dB带宽相关的损耗减去与谐振器电路的导体损耗（1 / Qc）。
图2 宽带夹紧式带状线丈量60mils的待测资料（MUT），Dk = 3.48
图2显现的是运用夹紧式带状线法丈量60mils、Dk = 3.48的待测资料（MUT）的宽带测验成果。
环形谐振器一般用作测验电路。它结构简略，在微带线环的均匀周长的整数倍处谐振（见图3a）。信号耦合一般是松耦合的，因为馈线和环之间的松耦合可使它们之间的耦合空隙电容最小化。该电容会随频率而改变，导致谐振频率偏移，使在提取资料Dk时发生差错。谐振环的导体宽度应远小于环的半径-依据经历，小于环半径的四分之一。
图3 微带环形谐振器（a）和宽带丈量（b）
图3b是依据10mil厚的线路板资料的微带环形谐振器的S21呼应，其间Dk = 3.48。Dk的近似核算由下式给出
虽然是近似，但这些公式关于确认初始Dk值很有用。运用电磁（EM）场求解器和准确的谐振器电路尺度能够得到更准确的Dk。
丈量Dk和Df时选用松耦合谐振器可最大极限地减小谐振器负载效应。使谐振峰值处的插入损耗小于20 dB可认为是松耦合。在某些状况下，因为耦合极弱导致谐振峰或许无法丈量。这一般发生在较薄厚度的谐振电路上，毫米波运用中常用较薄的电路资料，因为频率越高波长越短、电路尺度也越小。
毫米波测验办法
虽然有许多Dk测验办法，但只要一些适用于毫米波频率，仍没有一种被认定是职业规范。以下两种办法在毫米波的测验中是比较准确且具有高的可重复性。
差分相位长度法
微带线差分相位长度法现已运用了许多年。这是一种传输线测验办法，丈量两个仅物理长度不同的电路的相位（参见图4）。为了防止线路板资料特性的任何改变，测验电路的规划在被测资料（MUT）上尽或许接近在一起。这些电路是50Ω的长度不同的微带传输线，信号馈入是接地共面波导（GCPW）办法。在毫米波频率下，GCPW信号馈入办法非常重要，因为馈入处的规划或许对回波损耗发生严重影响。还应运用端接非焊接式连接器，一方面使在不焊接的状况下同轴连接器和测验电路之间构成杰出的触摸，另一方面同一连接器能够用于长短两条不同的电路测验，这最大极限地减少了连接器对丈量成果的影响。为坚持一起性，相同的连接器应一直对应矢量网络分析仪（VNA）的相同端口。比如说，假如连接器A与 VNA的端口1相连接，而连接器B与端口2相连测验较短的电路，则在测验较长的电路时也应该如此。
图4 差分相位长度法中运用的长、短微带线电路
长、短线电路的相位相减的一起也减掉了连接器和信号馈入区域的影响。假如两个电路的回波损耗都很好并且连接器具有一起的方向，则连接器的绝大部分影响都能被减小到最低。在毫米波频率下运用差分相位长度法时，回波损耗在60 GHz以下优于15 dB，60GHz至110 GHz优于12 dB均可承受。
微带差分相位长度办法的Dk提取方程是依据具有不同物理长度的电路的微带线相位呼应公式：
其间c是自由空间中的光速，f是S21相角的频率，ΔL是两个电路的物理长度的差，ΔΦ是长短线电路之间的相位差。
测验办法包含几个简略的进程：
丈量长短线电路的在某一给定频率下的S21相位角。
运用公式确认有用Dk。
测验电路的准确的电路尺度，确认资料的初始Dk值并输入EM场求解器。
运用软件生成模仿的有用Dk值。更改求解器中的Dk，直到同一频率下资料的丈量的有用Dk和模仿的有用Dk值相匹配。
经过将频率添加到毫米波并重复此进程，能够得到毫米波频率下的确认Dk值。
图5显现了运用微带线差分相位长度办法测验5mil RO3003G2TM线路板资料的Dk随频率的改变。该曲线是运用罗杰斯公司开发的Dk核算东西所得。该数据反映了跟着频率添加, Dk下降的趋势。在较低频率下，Dk随频率改变较大; 可是，从10到110 GHz的Dk随频率的改变很小。该曲线反映了具有低损耗和运用润滑的压延铜的资料，具有高损耗和/或较高铜外表粗糙度的资料其Dk随频率改变联系中表现出约大的负斜率。运用这种测验办法，还能够经过在每个频率上长短线的S21损耗值来取得待测资料（MUT）的电路的插入损耗（见图6）。
图5 微带线差分相位长度法丈量的Dk与频率的联系
图6 微带线差分长度法丈量插入损耗与频率的联系
环形谐振器法
环形谐振器办法是另一种用于毫米波表征的办法。虽然环形谐振器一般在10 GHz以下运用，但具有恰当的加工精度，它也能够在毫米波频率下有用运用。加工精度很重要，因为电路尺度和尺度公役的影响在毫米波时影响更为杰出，任何改变都会下降精度。大多数毫米波环形谐振器很薄（一般为5mil），馈线和谐振器环之间的空隙也很小。环形谐振器的厚度、线路的镀铜厚度、空隙尺度的改变都会对其有影响，然后影响谐振频率。
比较运用同一线路板资料但不同镀铜厚度的两个电路时，具有较厚铜的电路表现出较低的Dk。相同，两个电路的谐振频率也会不同，虽然它们运用相同的线路板资料和测验办法。图7是便是这样的一个比如，电路的终究电镀外表的厚度改变导致相同资料的核算得到的Dk的差异。不管外表处理是化学镀金（ENIG）仍是其他镀层外表，这种影响都是相似的。
图7 毫米波环形谐振器丈量，镀层是 63mil（a）和175mil（b）厚度的镀镍
除了这些加工问题之外，导体宽度改变，蚀刻耦合空隙改变，梯形效应和基板厚度改变也会发生相似的影响。假如在用环形谐振器测验Dk时考虑到一切这些改变，单个的环形谐振器丈量能够得到正确的Dk值。可是，许多测验往往都是选用标称电路尺度去测验核算的Dk，因而并不必定正确。并且测验的是较低频率，这些效应不会像毫米波频率那样显着影响Dk精度。
在毫米波频段运用环形谐振器的另一个重要变量是耦合空隙随频率改变。一般状况下，环形谐振器是用多个不同谐振点来评价的，耦合空隙一般有显着的随不同谐振点的频率差异。因而耦合空隙的改变或许是一个重要的差错源。为了战胜这个问题，能够运用差分圆周的办法。这种办法运用的两个环形谐振器除了周长不同，基本是相同的，并且是互相的整数倍（见图8）。关于两个环形谐振器，在Dk测验中高阶谐振点具有一起的谐振频率。因为馈线和空隙相同，耦合空隙的影响减小 – 理论上消除 – 这使得丈量得到的Dk的精度更高。Dk的核算公式如下：
图8 微带差分圆周环形谐振器
图8中的环形谐振器是微带结构，馈线是紧耦合GCPW以防止开路端的馈线谐振，防止搅扰环形谐振器的谐振峰值。一般假如馈线是开路，它们将具有自己的谐振。防止这种状况的仅有办法是使馈线更短或运用紧耦合的GCPW馈线。因为差分圆周环形谐振器办法直接所得到的依然是电路的有用Dk，因而依然需求进行准确的电路尺度丈量并运用场求解器来得到资料Dk。
定论
这儿评论的毫米波测验办法都是依据电路的。还有许多其他的测验办法，如依据原资料的测验办法。可是大多数办法测验的x-y平面的资料Dk而不是z轴（厚度）Dk。电路规划人员更多状况下运用z轴Dk，但关于某些运用中需求运用资料x-y平面Dk值的人来说，自由空间测验法，别离圆柱谐振器测验法和波导微扰测验法等都是x-y平面的测验办法。
也有人提出运用夹紧式宽边耦合带状线谐振器测验办法用于确认毫米波频率下的线路板资料Dk。但这种办法仅关于小范围内待测资料（MUT）最有用，并不合适大批量的测验。因而，依然在持续研讨可用于毫米波频率的原资料的测验办法。
