金属材料目前已广泛应用于桥梁、铁路、风机叶片等大型基础设施中。由于大多数设施暴露于室外环境,不可避免地会产生金属疲劳,导致其承载能力和可靠性下降。结构健康监测则是对该类结构的破坏部位进行检测和监测的技术。为了满足传感器大规模安装、组网灵活以及良好的可拓展性等需求,无线检测得到了快速发展。本文结合科研项目课题,紧跟无损检测技术以及无线传感网络的发展需要,以超表面透射阵列波束调控特性为切入点,对提高无线裂纹检测距离展开研究,主要研究工作如下:1.针对裂纹检测机理,开展了基于形状微扰理论对电磁谐振器裂纹检测的定量研究。采用贴片天线作为所提出的电磁谐振器,定量分析了裂纹深度、宽度、长度和位置变化以及贴片天线剖面高度、尺寸变化对谐振频率的影响。同时,提取了裂纹处和谐振腔内的能量进行分析。综合发现,电磁谐振器的小型化,例如低剖面、小尺寸,可以提高灵敏度,这些都是由于能量扰动的增加与裂纹和谐振器的体积之比成正比所造成的。最后,采用形状微扰理论定量确定了电磁谐振器在裂纹存在时的谐振频率偏移。2.针对无线传感距离较短的问题,提出了通过将电磁谐振器与超表面透射阵列天线组合的方法,从而实现提升无线传感距离的目的。通过阵列波束调控特性,使得增益从14 d B提升至22 d B,并将其应用在裂纹检测方面。仿真与实测结果表明,透射阵列天线的加入使得裂纹检测的无线传感距离从50 mm提升至200 mm,距离提高了四倍。结合无损检测与结构健康监测技术的发展趋势,超表面透射阵列与电磁谐振器组合的方式在提升无线传感距离方面具有一定的研究价值。