金属损耗（Rsm）

    金属损耗取决于电容结构中所有金属各自的电阻特性，和趋肤效应引起的随频率变化的电极损耗。这包括电极，终端和阻挡层等任何其他金属。Rsm的作用也是使电容发热。在极端情况下，热损坏能造成设备失效。这些损耗包括欧姆损耗和趋肤效应损耗。多数多层陶瓷电容的“趋肤效应”损耗通常发生在30MHz以上的频率。下例给出一个ESR，由金属的Rsm构成，数值由频率决定。例：一个100pF 电容在30MHz时ESR是18毫欧姆。它在120MHz时ESR是多少？

解：计算频率比值的平方根：(120/30)1/2 ＝（4）1/2 ＝2120MHz时ESR是30MHz时的2倍，即36毫欧姆。

下表给出ATC180R系列22pF 电容的介质损耗Rsd和金属损耗Rsm。两种损耗分别在不同频率下测定， 相同频率下测得的两种损耗相加得到该频率下的ESR。注意低频下占主导地位的是介质损耗Rsd，高频下则是金属损耗Rsm。其他容值的电容情况相似，只是Rsd和Rsm分占比例不同。

     通常产品目录给出频率30MHz或更高时的ESR曲线， 这时损耗主要由金属造成，介质损耗事实上低到可以忽略，不对总体ESR造成任何影响。

ESR， Q， DF 和Xc 的关系

   下图是电容电压电流的相位关系，以及耗散系数，ESR和阻抗幅值。在理想电容里电流超前电压90o。下图中Ia 是流过电容的实际电流，Ia和理想电容电流形成一个Φ角，叫做损耗角。注意Ia和Vc的关系与Xc和ESR的关系成比例。下面表2给出图1中所有参数的关系。普遍规律是，在频率低于1MHz时，介质损耗（Rsd）占主导地位，设计时用DF。在较高的射频频率，即30MHz 到微波频率，ESR 和对应的Q值事实上总是主要由金属损耗（Rsm）决定。

测量ESR

    在使用电容的射频设计中，ESR是必须考虑的重要参数。为了有效地描述电容的ESR，需要可靠和可重复的测试方法。测量高Q片状陶瓷电容的ESR 需要固有Q值大于被测器件（DUT）的测试系统。高Q谐振同轴线是最常用测试设备。同轴线谐振腔通常由铜管作外导体，铜棒作中心导体。被测器件串联在中心导体和地之间。见图3。测量ESR之前， 先要确定空载谐振传输线的特性。将同轴线短路，再加射频激励，测出四分之一和四分之三波长带宽。然后，将传输线开路，测出半波长和一个波长带宽。从以上数据可得到传输线空载 Q值，测量系统电阻和谐振频率。通常传输线空载Q值量级是1300 到5000（130MHz 到3GHz），四分之一波长测量系统电阻是5到7毫欧姆。

     被测样品电容和位于传输线低阻抗端的短路活塞串联。调整信号源频率以获得谐振电压峰值。再改变信号源频率从谐振曲线峰值向左右下调6dB。在传输线的高阻抗端以轻度耦合接入射频毫伏表探头，以测量6dB点的射频电压。被测器件接入后对传输线Q值造成微扰，改变了上述无载时的谐振频率和带宽。对应的下调6dB的频率fa 和f b 可用于计算电容的ESR。此法称为Q值微扰法，见图2。注意：因为被测电容样品的容性电抗与传输线串联，使传输线的电长度变小，变化量由电容容值决定。对于容值10pF以上的电容，可以得到合理的测量精度。当容值接近1 pF时， ESR测量误差变得很大。低电容容值意味着高容抗值，因此剧烈改变传输线电长度。在谐振时，传输线电抗和被测器件的电抗幅值相同，符号相反。

ESR测量系统

     最常用测量系统由同轴线制成（BOONTON型号34A）， 标称长度57.7cm， 谐振频率130MHz， 特性阻抗75 欧姆。传输线特性阻抗为75欧姆时传输线Q值最大，所以选用75欧姆。对于其他频率范围，可选其他长度的传输线。

     信号发生器接在传输线的低阻抗端，以无感精确电阻为终端。电阻安在TNC接头上，插入传输线的被测器件端。一个暴露的导体环与传输线轻度耦合，将射频能量导入传输线。以信号发生器扫频，直到射频毫伏表显示电压谐振峰值。旋转信号源环路，直到传输线高阻抗端的毫伏表显示3 毫伏的参考电压。这一步是为了确保射频信号源不对传输线加载而降低其Q值。见图3。射频探头安在传输线的高阻抗端， 与射频毫伏表相连，在谐振时测量射频电压。从量测结果可算出带宽和Q值。将这样测得的有载带宽（BW）和Q值和开始无载短路条件下的结果比较，获得Q和带宽变化量，即可计算ESR。将带宽数据和初始传输线特性代入方程即可算出被测样品的ESR。这里描述的ESR测法是以串联模式进行的，适用频率达到约3GHz。

影响ESR测量的因素

     为测定频带（BW）的频率测量数据至少需 4位小数，5 位更好。信号源和测量探头都必须与传输线轻度耦合。传输线高阻抗端需屏蔽以减少辐射， 这样Q 就不受影响。屏蔽由截止衰减器实现，衰减器提供每半径16dB 衰减。被测器件在测试系统中放置方式要保持一致。为使测试结果能重复， 必须保持系统接触表面的清洁。