凭借高灵敏度、多参数、强穿透能力、水分敏感等特性,微波测湿技术在环境湿度传感和物料水分测定领域体现出了独特优势。然而,微波器件与湿敏材料的协同工作机制、微波信号与被测物料的复合建模、面向微波湿度传感与水分测定的频段调控与结构设计等关键科学与技术问题仍有待研究。本文围绕微波检测模块的传感机理和微波测湿技术的微扰模型展开深入研究,设计了两种微波检测结构,即耦合型微带谐振器和插槽型贴片天线,分别用于环境湿度检测与物料水分测定。通过分析湿敏材料与被测物料在水分变化时的介电特性,建立电磁微扰模型,选取搭配多项微波参数,使用多变量线性回归算法对水分进行精准表征。论文的主要研究内容如下。（1）微波测湿传感器的依据是检测标志点随环境湿度或物料水分的变化关系。以微波谐振作为检测标志点,提出了多谐振模谐振器式和微带天线式两种微波检测单元的设计思路。检测标志点的产生机制是设计微波传感结构的关键,而检测标志点数量的增加可为湿度传感和水分测定提供更多的检测依据。针对敏感区域的设置,通过全波电磁仿真构建了高强度电磁耦合场和辐射场。研究表明,增加耦合路径能够形成多谐振模的谐振器式检测单元,增加插槽数量能够形成多谐振模的微带天线式检测单元。此外,对微波测湿性能的评估指标进行了梳理,为传感器的研发与测试提供了可靠指导。（2）当前微波湿度检测研究缺乏对微波检测单元和湿敏薄膜二者协同工作机理的探索。为了有效提升该类传感器的灵敏度、检测范围等多项检测性能,需要明晰敏感材料的电磁微扰机理。提出了一种基于叉指电容（Interdigital capacitors,IDCs）耦合的新型双分裂环谐振器（Double split-ring resonator,DSRR）结构,IDCs结构增强了分裂环间的电容耦合,将分裂环的间隙电容扩宽到整个IDCs的指间电容,扩宽了敏感区域。该新型DSRR结构具有双频点的微波特性,在不同湿度水平下进行测试,发现双频点的湿度响应相同。此外,在敏感区域分别涂覆高分子湿敏材料（聚酰亚胺）、金属氧化物掺杂的高分子湿敏材料（聚酰亚胺/二氧化钛）、金属掺杂的高分子湿敏材料（聚酰亚胺/银有机络合物溶液）,研究了该新型DSRR结构与不同类型湿敏材料的协同工作机理。测试结果表明,二氧化钛、银的掺杂均可提高器件的检测灵敏度、缩短器件的响应恢复时间,基于谐振频率、回波损耗的灵敏度高达880 k Hz/%RH、0.407 d B/%RH,响应恢复时间短至10 s左右。（3）根据微波测湿机理,将插槽型贴片天线应用于大米水分测定。通过水分调质方法制备了含水量在10%～20%范围内的6种大米样品,进行粮食含水量测定实验,分析了粮食体密度和天线高度对插槽型贴片天线微波特性的影响。目前微波水分测定研究大多采用单一微波表征参数来构建其与物料含水量的对应关系。为了充分利用微波检测参数多样化的优点,本文提取了谐振频率、回波损耗和相位等多种微波参量,基于多变量线性回归算法构建了水分预测模型。此外,还研究了微波传感器与柔性基板兼容的技术,利用丝网印刷工艺制备了柔性贴片天线,成功实现了小型储粮桶内大米的水分测定。基于柔性贴片天线的大米水分计算模型的均方误差为1.23,尽管其预测准确度低于刚性贴片天线,但仍能够认为该模型具有较精准的预测能力。这种多变量线性回归表征模型的建立明确了微波参数表征体系,通过选取搭配多项微波参量,形成了一种新的表征方式,且与单变量线性回归表征模型相比,提升了水分预测的准确度。