超介质是一种人工设计的超构材料,具有诸多常规材料所不具备的电磁特性,如负折射、完美成像、逆多普勒效应等。借助这些超常的物理特性,电磁超介质已经在电磁隐身、滤波、极化转换和天线等器件中得到广泛应用。近年来,基于超介质的各类传感器设计成为一个热点,其理论和应用研究具有重要价值。本文分别利用双端口和单端口器件,在微波基板上制作了两款超介质介电常数传感器,并通过实验检验了传感器的传感性能。结合等效电路和电场能量密度对传感机理进行了分析与讨论。实验结果与CST Microwave Studio的结果基本一致。本文主要工作如下:(1)提出了互补矩形环结构,设计了一种超介质介电常数传感器,工作频率在900MHz。实验中配置了并测试了六种不同浓度的乙醇溶液,测量的相对介电常数(实部)从20到78.5,灵敏度1.13MHz每单位相对介电常数。并通过实验验证,传感器具有高灵敏度、高精度以及快速响应。并且少量的待测样本即可也有较好的测量结果。利用等效电路对传感原理和设计的结构进行了分析,电路仿真与实验结果基本吻合。测量中,少量样品的需求和较低的工作频率使得本传感器适合于多种应用。高灵敏度和响应快速的特点满足生物传感的需要,在个人状态监控具有重要意义。(2)提出三级开口环的结构,结合滤波天线的设计方法设计了一款窄带高Q气体传感器,利用介质板对乙醇蒸汽的吸收而对传感器谐振的影响来检测气体浓度。工作频率4.10GHz,Q值128,。在抽滤瓶中进行实验,在一定程度上避免了挥发气体的泄露,减少了相应的气体泄漏产生的影响。测试范围0-877ppm,传感器灵敏度达到3.23MHz/(mmol/L)。利用等效电路和电场能量密度分布对传感器进行了进一步分析。快速响应与恢复的特性使得传感器实时监测具有重要意义。