作为物质的一个重要属性,介电常数包含诸多有价值的信息。准确的材料介电常数检测系统广泛应用于生物医学、地质勘探以及混合溶液的浓度测量等领域。在众多介质检测技术中,基于微波技术的检测方法具有非接触式和无损特性,逐渐成为主流。传统的微波测量方法通常是通过测量敏感元件的频率响应变化来得到材料的介电常数,但是频率响应的测量通常需要体积庞大、价格昂贵的矢量网络分析仪去完成。这一点在许多要求实时和低成本检测的场景中无法试用。因此,本文着眼于避开矢量网络分析仪、降低测试成本,开展针对应用于介质检测的便携式微波传感器研究。首先,本文基于传统的谐振腔微扰法,设计开发了基于基片集成波导SIW和紧凑型微带谐振单元CMRC的高灵敏度平面谐振器。并结合电磁仿真技术对加载介质前后谐振器的频率变化特性进行了深入研究。紧接着,在平面谐振单元的基础上分别设计了基于SIW结构的反馈式压控振荡器和基于CMRC的负阻式压控振荡器,进而将加载介质造成的谐振频率变化转化成振荡器输出频率变化,并从振荡器原理的角度论述了造成该变化的实质原因。最后,重点研究了应用于介质检测的锁相环频率合成系统。由于锁相环作为一种反馈系统可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪。因此将设计的VCO嵌入至锁相环系统,可以将振荡频率的变化转化成电压的变化,进而可以简单用电压表实现对介质介电常数的测量。根据几种标准溶液的测试结果,该系统实现了 4%以内的测量误差。