射頻電容ESR

在使用電容的射頻設計中，ESR是必須考慮的重要參數。為了有效地描述電容的ESR，需要可靠和可重復的測試方法。測量高Q片狀陶瓷電容的ESR 需要固有Q值大于被測器件（DUT）的測試系統。高Q諧振同軸線是最常用測試設備。同軸線諧振腔通常由銅管作外導體，銅棒作中心導體。被測器件串聯在中心導體和地之間。見圖3。測量ESR之前， 先要確定空載諧振傳輸線的特性。將同軸線短路，再加射頻激勵，測出四分之一和四分之三波長帶寬。然后，將傳輸線開路，測出半波長和一個波長帶寬。從以上數據可得到傳輸線空載 Q值，測量系統電阻和諧振頻率。通常傳輸線空載Q值量級是1300 到5000（130MHz 到3GHz），四分之一波長測量系統電阻是5到7毫歐姆。

被測樣品電容和位于傳輸線低阻抗端的短路活塞串聯。調整信號源頻率以獲得諧振電壓峰值。再改變信號源頻率從諧振曲線峰值向左右下調6dB。在傳輸線的高阻抗端以輕度耦合接入射頻毫伏表探頭，以測量6dB點的射頻電壓。被測器件接入后對傳輸線Q值造成微擾，改變了上述無載時的諧振頻率和帶寬。對應的下調6dB的頻率fa 和f b 可用于計算電容的ESR。此法稱為Q值微擾法，見圖2。注意：因為被測電容樣品的容性電抗與傳輸線串聯，使傳輸線的電長度變小，變化量由電容容值決定。對于容值10pF以上的電容，可以得到合理的測量精度。當容值接近1 pF時， ESR測量誤差變得很大。低電容容值意味著高容抗值，因此劇烈改變傳輸線電長度。在諧振時，傳輸線電抗和被測器件的電抗幅值相同，符號相反。

ESR測量系統

最常用測量系統由同軸線制成（BOONTON型號34A）， 標稱長度57.7cm， 諧振頻率130MHz， 特性阻抗75 歐姆。傳輸線特性阻抗為75歐姆時傳輸線Q值最大，所以選用75歐姆。對于其他頻率范圍，可選其他長度的傳輸線。

信號發生器接在傳輸線的低阻抗端，以無感精確電阻為終端。電阻安在TNC接頭上，插入傳輸線的被測器件端。一個暴露的導體環與傳輸線輕度耦合，將射頻能量導入傳輸線。以信號發生器掃頻，直到射頻毫伏表顯示電壓諧振峰值。旋轉信號源環路，直到傳輸線高阻抗端的毫伏表顯示3 毫伏的參考電壓。這一步是為了確保射頻信號源不對傳輸線加載而降低其Q值。見圖3。射頻探頭安在傳輸線的高阻抗端， 與射頻毫伏表相連，在諧振時測量射頻電壓。從量測結果可算出帶寬和Q值。將這樣測得的有載帶寬（BW）和Q值和開始無載短路條件下的結果比較，獲得Q和帶寬變化量，即可計算ESR。將帶寬數據和初始傳輸線特性代入方程即可算出被測樣品的ESR。這里描述的ESR測法是以串聯模式進行的，適用頻率達到約3GHz。

影響ESR測量的因素

為測定頻帶（BW）的頻率測量數據至少需 4位小數，5 位更好。信號源和測量探頭都必須與傳輸線輕度耦合。傳輸線高阻抗端需屏蔽以減少輻射， 這樣Q 就不受影響。屏蔽由截止衰減器實現，衰減器提供每半徑16dB 衰減。被測器件在測試系統中放置方式要保持一致。為使測試結果能重復， 必須保持系統接觸表面的清潔。