位移传感器是应用最为广泛的传感器之一,在很多领域中都发挥着重要作用。其中,微波位移传感器有着独特的优势。一是其较好的稳定性,在不同的温度、湿度等环境条件下都可以稳定工作;二是其较低的成本,基于PCB技术的平面微波传感器通常生产成本很低。本文将平面微波位移传感器的设计作为主要研究工作,提出了两种H形一维线性位移传感器和一种基于CSRR结构的二维位移传感器,并通过数值优化的方法对传感器的参数进行了优化,针对数值优化中出现的一些问题,提出了通过替代模型加速优化过程的方法。相关的研究内容分为如下三个部分:第一部分是提出了两种新型的H形位移传感器。第一种H形位移传感器利用了微带短截线造成的谐振点,随着待测物体的移动,微带短截线的长度发生变化,并改变了谐振点的位置。这一位移传感器的灵敏度为333.3MHz/mm,动态范围为6mm。第二种H形位移传感器利用了耦合线,在奇、偶模下各有一个谐振点,根据两个谐振点的差值测量待测物体的移动距离。这一位移传感器的灵敏度为147.7MHz/mm,动态范围为12mm。对这两种传感器均进行了实验验证。随后使用模拟退火算法对第二种位移传感器的灵敏度进行优化,优化后传感器的灵敏度为241MHz/mm。第二部分是提出一种基于CSRR结构的二维位移传感器。首先给出了基于CSRR的一维线性位移传感器,仿真分析后提出了这一传感器在二维测量中的扩展。由于直接扩展到二维会造成一定的测量误差,因此提出了一种改进后的CSRR,并通过粒子群算法对其进行参数优化,提高其在二维位移测量中的性能。这一传感器在两个维度上的灵敏度均在160MHz/mm左右。最后对这一设计进行了实验验证。第三部分是考虑由于数值优化过程中全波仿真耗时过长的问题,在数值优化的过程中引入替代模型,用以加快优化过程的速度。我们分析了几种基于经验的模型在对传感器的响应平面进行建模的应用,比较了几种典型的基于经验的模型的特征。通过基于替代模型的优化方法,对两种传感器分别进行了优化。综上所述,本文针对微波位移传感器的设计与优化进行了一系列的研究,对几种提出的传感器进行了理论分析与仿真分析,通过数值优化的方法对传感器进行调优,并做出了实验验证。