结构承载部件在长期服役过程中受疲劳、温差、振动、冲击和材料老化等不利因素影响,不可避免地会发生应变集中和裂纹萌生现象,若不能及时发现并处理这些问题将对人身和财产安全产生威胁。在结构健康监测的众多监测指标中,应变通常作为反映应变集中、损伤发展的重要指标。结构健康监测通常使用有线网络进行应变采集,如使用金属箔应变片是最常见的应变测量方案之一,这种应变传感器的性能已基本满足基础工程和学科应用需求。然而,将其用于大型结构时,传统的金属箔应变片需连接较长的电缆才能满足供电和数据采集的需求。其它传感技术如光纤传感器、电阻式应变计、压电传感器及超声波探伤,都对应变监测有所帮助,但同样存在各种局限性,这些监测方法大都具有布设成本高、安装复杂、维护费用高、需人工操作、传感器电池寿命有限等缺点。相比于传统传感器,天线传感器作为天线和传感单元的统一体,具有结构简单、无需供能、易与结构表面共形、兼备收发信号和传感功能的优点。因此,本文聚焦一种新型微带贴片天线应变传感器,致力于对简并正交模（DM）贴片天线传感器的结构应变测量及其无线监测技术研究,是将电磁学、土木工程学和健康监测相融合的学科交叉工作。本文采用理论推导、数值模拟和试验研究相结合的方法,从天线传感器的有线应变测量扩展到无线应变测量,由单方向应变测量扩展到多方向应变测量,对基于简并正交模的天线应变传感器进行了系统性的研究。本文的主要研究内容如下:（1）通过“传输线模型”理论推导了微带贴片天线（MPA）谐振频率与应变之间的函数关系。基于“谐振腔模型”理论推导了MPA的电磁场解析解,明确了简并正交双模(TM10和TM01)的电、磁场和电流分布规律,确定了TM10和TM01与辐射贴片几何长度/宽度的对应关系,为后续应变传感器的感应机理分析奠定了理论基础。（2）采用数值模拟和理论推导相结合方式对比分析了由同轴探针馈电单模矩形贴片天线（SM-RPA）和简并正交模矩形贴片天线（DM-RPA）传感器的应变感应性能。针对COMSOL软件默认求解器对求解本文目标参数仿真效率较低的缺点,提出一种能够提高仿真效率的本征求解法。（3）设计了一种易与平面结构共形的通过四分之一波长转换器馈电的DM-RPA传感器,提出基于DM-RPA应变传感器的“双模导纳表征法”,并基于等效电路理论推导了导纳表征法的应变灵敏度公式,证明了应变与导纳极小值之间存在线性关系。通过多物理场耦合仿真和试验研究了DM-RPA传感器的电磁场分布规律,验证了“双模导纳表征法”的应变测量性能,得到其应变灵敏度高达91.2 ppm/με,并建立了应变识别反演算法。采用微元法推导了DM-RPA与待监测结构的多层界面应变传递模型,分析了胶结层宽度、厚度、弹性模量、泊松比对应变传递率和平均应变传递率的影响机制。多层界面应变传递模型的提出为DM-RPA传感器的粘贴工艺提供了指导性意见、为缩小测量应变与结构真实应变的误差提供了解决方案。（4）提出基于3D传输线馈电的小型化简并正交模椭圆形贴片天线（DM-EPA）传感器,打破了因侧馈电导致传感器安装位置受限、无法实现全向应变监测的僵局。小型化设计将传感器的尺寸缩小了近43%（与DM-RPA传感器相比）,更利于成本控制。使用双端口3D传输线进行了可行性试验,分析了3D传输线构造对信号传输及阻抗匹配情况的影响。提出基于DM-EPA应变传感器的“双模阻抗表征法”,并通过多物理场耦合仿真和试验研究了DM-EPA传感器的电磁场分布规律,验证了“双模阻抗表征法”的全向应变测量性能。将应变方向与相应灵敏度进行数据拟合,得到周期为184.3°、幅值为99.4 ppm/με、关于（92.16°,0）对称的余弦函数关系模型。“应变方向-灵敏度”余弦函数关系模型为任意方向的灵敏度确定提供了理论依据。（5）建立了DM-RPA传感器的无线近场应变监测系统,并进行了不同无线读取距离的无线应变测试试验。为剔除因金属背景测试环境引起的结构项散射信号提出了抗金属背景实现方法,试验结果表明该方法能很好地剔除因金属背景测试环境引起的结构项散射信号,从而还原DM-RPA传感器自身的双模特征。通过不同无线读取距离的无线应变监测结果分析得出无线近场应变监测系统的适用范围为118 mm～442.8 mm,应变灵敏度约为-69 ppm/με。此外为拓宽无线读取范围,基于雷达散射截面理论设计了无线遥感应变测试系统,理论推导表明该测试系统能够实现近100 m的远程传感,应变灵敏度高达-91.6 ppm/με。此案例分析为DM-RPA传感器的无线遥感应用奠定了理论层面的可行性基础,为结构健康监测领域提供新的应变监测手段。