各類共振腔頻率對照表：從 1GHz 到 110GHz，該選哪種治具？ (SPDR vs. SCR vs. BCDR)

 

在 5G 毫米波、車用雷達以及未來 6G 通訊的材料研發藍圖中，工程師面臨的最大挑戰往往不是「如何製造材料」，而是「如何驗證材料」，當訊號頻率從 Sub-6GHz 跨越至 80 GHz 甚至 110 GHz 時，材料的介電常數 (Dk) 與損耗因數 (Df) 會隨著頻率產生劇烈變化。

實驗室中常見的疑問是：既然都是共振腔，為什麼需要分這麼多種？分裂柱介電諧振器 (SPDR)、分裂圓柱諧振腔 (SCR) 與 平衡式圓盤諧振器 (BCDR) 究竟有何不同？本文將從頻譜覆蓋、物理架構與適用場景三個維度，為您建立一套清晰的選型邏輯。

1 GHz - 20 GHz：PCB 薄板的絕對權威 — SPDR

如果您主要處理的是印刷電路板 (PCB) 基材、銅箔基層板 (CCL) 或薄膜材料，且關注頻段落在 20 GHz 以下，分裂柱介電諧振器 (SPDR, Split Post Dielectric Resonator) 是目前業界公認的黃金標準。

核心頻段

1 GHz 至 20 GHz。

運作機制

SPDR 利用高 Q 值的陶瓷諧振器將電磁波能量束縛在特定的空間內，其結構設計包含上下兩個陶瓷圓柱，中間留有空氣隙供樣品插入，當樣品放入時，共振頻率會偏移（用於計算 Dk），品質因子 Q 值會下降（用於計算 Df）。

技術優勢

• 非破壞性檢測：
  樣品無需金屬化或破壞性加工，直接插入即可測試，特別適合產線抽檢。
• 極高靈敏度：
  由於採用高 Q 值陶瓷，SPDR 對於極低損耗材料（Low Loss Material）的解析度極高，優於傳統傳輸線法。
• 免查表運算：
  現代的 SPDR 系統軟體多已內建高階演算法，能直接從 S 參數提取全介電常數，無需使用傳統的查表法 (Lookup tables)，大幅提升了數據的可靠度並符合 IEC 61189-2-721 與 IPC-TM-650 2.5.5.15 規範。

選型短評

SPDR 是點頻測試（如固定在 10GHz 或 5GHz），無法進行連續掃頻，若您的需求是驗證材料在標準頻點的特性，SPDR 是最準確且經濟的選擇。

10 GHz - 84 GHz：5G 與車用雷達的主力 — SCR / SCRN

當研發戰場轉移到 5G 毫米波 (28/39 GHz) 或車用雷達 (77/79 GHz) 時，傳統 SPDR 的頻率上限已不敷使用，此時分裂圓柱諧振腔 (SCR, Split Cylinder Resonator) 及其高頻版 SCRN 成為了首選方案。

核心頻段

• SCR (標準版)：10 GHz 至 60 GHz。
• SCRN (高頻版)：10 GHz 至 84 GHz,。

運作機制

SCR 由一個從中間切開的金屬圓柱腔體組成，測試時將片狀樣品夾在上下半腔體之間，它利用特定的 TE 模態（電場平行於樣品表面），這使得它對樣品與腔體間的微小空氣隙（Air Gap）具有極佳的免疫力，消除了高頻測試中最常見的誤差來源。

技術優勢

• 寬頻多模態測試：
  不同於 SPDR 只能測單一頻點，SCR 可以在其頻率範圍內激發多個共振模態，因此單一治具即可提供多個頻率點的 Dk/Df 數據。
• 環境測試的王者：
  SCR 的開放式金屬結構非常適合搭配環境試驗箱，它可以進行 -50°C 至 +150°C 的自動化變溫測試，協助工程師繪製材料的介電係數溫度係數 (Tcc)，這對於戶外基地台或車用電子至關重要。
• 符合 IPC 標準：
  嚴格遵循 IPC-TM-650 2.5.5.13 規範，是目前毫米波薄膜與板材的主流測試標準。

選型短評

若您需要跨越 20 GHz 到 80 GHz 的頻譜，且必須評估材料在極端溫度下的穩定性，SCR 是無可替代的選擇。

10 GHz - 110 GHz：挑戰頻寬極限 — BCDR

對於需要更寬頻譜覆蓋，甚至觸及 100 GHz 以上亞太赫茲 (Sub-THz) 邊緣的研發需求，平衡式圓盤諧振器 (BCDR, Balanced Circular Disk Resonator) 提供了突破性的解決方案。

核心頻段

10 GHz 至 110 GHz

運作機制

BCDR 採用兩個精密加工的圓盤結構，形成開放式的共振環境，這種平衡結構設計能有效降低導體損耗，並支援極寬的頻率範圍。

技術優勢

• 超寬頻連續測量：
  BCDR 最大的特點在於其驚人的頻寬覆蓋能力，從 X-Band 一路延伸至 W-Band (110 GHz)，它支援多頻點連續測量，讓工程師能完整觀察材料特性隨頻率變化的趨勢。
• 改良的樣品安裝：
  新一代的 BCDR 設計消除了過往設置困難的痛點，簡化了樣品安裝程序，大幅提升了量測的再現性 (Reproducibility) 與測試速度。
• 高低溫測試支援：
  與 SCR 類似，BCDR 也支援高低溫環境下的材料特性驗證。

選型短評

如果您的實驗室希望用最少的治具數量覆蓋最寬的頻率範圍，並且需要高達 110 GHz 的測試能力，BCDR 是極具效益的投資。

總結：如何做出正確決定？

選擇治具的關鍵在於「頻率」與「應用場景」的對焦：

• 鎖定 20GHz 以下 PCB/FCCL： 選擇 SPDR，它是業界標準，操作最簡單，靈敏度最高。
• 鎖定 24-79GHz 車用雷達/5G： 選擇 SCR/SCRN，它能抵抗氣隙誤差，並完美支援 IPC 標準的溫度循環測試。
• 鎖定 10-110GHz 超寬頻研發： 選擇 BCDR，它提供了最廣的頻譜覆蓋與多頻點連續量測能力。

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