Page 35 - 電路板季刊第110期

電路板季刊 2026.1 專業技術 33

隨著市場對高速、低延遲及感測整合的需求不斷提升，高頻與 6G 新材料將持續
演進，以滿足從毫米波到次太赫茲的多樣化應用場景。這進一步凸顯৷᎖ʧཥत׌ඎ
಻Ҧஔ的必要性與戰略價值。現階段量測方法多以向量網路分析儀（VNA）搭配高頻
共振腔進行測試，透過樣品置入電場前後的諧振頻率與 Q 值變化，再由電磁場模型
與演算法推導材料在高頻電場中的介電常數與損耗。此類技術不僅能協助材料性能驗
證，更是推動 6G 與次世代通訊應用的關鍵基礎。

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ፓࣈഢج€Resonator Method
諧振腔的設計必須依據其電磁場模態（mode）進行規劃，常見的電磁模態可分為
橫電（TE）、橫磁（TM）以及橫電磁（TEM）三種類型。為滿足不同測試頻率的需
求，諧振腔體的尺寸亦需相應調整。一般而言，單一頻率操作的諧振腔多採用封閉式
結構，其尺寸會隨測試頻率的提升而縮小，對加工精度提出更高要求。因此，封閉式
諧振腔在實際應用上存在頻率上限，常見的商用裝置包括 Keysight 之 Split Cylinder
Resonator (SCR)、QWED 的 Split Post Dielectric Resonator (SPDR)，以及 EM
Labs 所推出的 Split Cylinder Resonator 系統。

另一類為開放式諧振腔，其主要產生 TEM 模態場分布，具備電場與磁場正交
（orthogonal）的特性，與光波的傳播行為相似，因此又被稱為「準光腔」（quasi-
optical cavity）。此類結構的優勢在於特別適合量測低損耗材料，且可支援多頻率點
之寬頻測試。本文後續將針對現有市場常見之量測方法進行整理與比較，以探討不同
架構在高頻材料介電特性量測中的適用性與限制。
市場上常見的諧振腔其核心計算理論都會以微擾法（Perturbation Method）為主，
微擾法的出發點是：在既定模態的共振腔中，放入一小體積的待測樣品（相對於腔內電
磁儲能很小），會造成共振頻率與品質因子（Q）的微量變化。其一階近似關係為。

對非磁性介質（Δµ≈0）且將樣品置電場反節點（E-field antinode）時，頻率偏
移主要由Δε主導；Q 的變化則可轉換為介電損耗（tan δ）。工程實務上常以ཥఙ
෬̂Ϊɿ（filling factor, Fe）將體積分佈與場能量歸一化，進而求出εr與tan δ。微
擾法̀඲滿足「樣品只造成小擾動」：樣品對腔體總儲能的佔比很小，且頻移近似ᇞ
׌於樣品體積佔比與介電差。

І͟٤ගج€Free Space Method
自由空間法是一種以非接觸方式量測材料高頻介電特性的技術，特別適用於毫米
波與次太赫茲頻段。其基本原理為利用一對喇叭天線或透鏡天線，透過向量網路分析
儀（VNA）發射與接收平面波，並使待測樣品置於兩天線之間。藉由量測材料前後的
散射參數（S11、S21），再配合 Nicolson–Ross–Weir (NRW) 或改良型演算法反演
出材料的複數介電常數（ε*）與磁導率（µ*）。