金属材料在长期的工作服役中,受到冲击、振动、温度等各种不利条件的考验,随着长期积累,就会产生应变集中、裂纹萌生,不加以控制处理的话,后期裂纹继续扩展,会对人生命和财产安全造成威胁。能够及时监测到关键部件的应变情况是极其重要的。传统应变传感器如金属箔应变片、光纤光栅传感器、压电传感器及压阻式传感器,存在着安装复杂、布线冗杂、维护费用高、需要人工操作等缺陷。跟传统传感器相比,基于天线原理的传感器兼具天线模块和传感单元模块,是兼备收发信号和传感功能的统一体,具有很多优点,如结构简单、低剖面、易与结构表面共形。国内外学者对天线传感器在应变监测领域的应用进行了大量的探索,推动了天线传感器的发展,但是现有天线传感器还存在着各种不足,如应变灵敏度不够高,仅能进行单向应变监测,表征方式单一,亟待发展新型天线传感器。本文的主要研究内容如下:（1）阐述微带贴片天线的工作原理。介绍了“传输线模型”理论,表达了微带贴片天线的谐振频率和尺寸之间的关系。通过“谐振腔模型”理论的微带贴片天线的电磁场解析解,表达了微带贴片天线在两种辐射模式下的电场、磁场和电流密度分布情况,阐释了贴片天线传感器在金属材料应变监测应用上的理论基础。（2）通过电磁仿真软件对天线传感器辐射贴片形状尺寸进行了优化,优化后的四槽形贴片天线传感器具有良好的阻抗匹配和反射系数。研究了两款线极化和一款圆极化同轴探针馈电天线传感器的应变传感效果。结果表明,两款线极化天线传感器分别可以在低频和高频产生单模的辐射,可感知单向应变,而圆极化天线传感器可同时产生两种模式的辐射,因此圆极化天线传感器可感知双向应变。四槽形贴片天线传感器在应变监测应用领域的可行性被初步探索和验证,圆极化天线传感器的电磁仿真结果证明了反射系数S11和双向应变之间存在对应关系。为了使传感器的加工过程更加简便准确,在设计上将天线传感器的馈电方式由同轴探针馈电根据四分之一波长转换器改为微带馈电。（3）为弥补电磁场的仿真未考虑固体力学场的泊松效应,无法模拟真实荷载作用下的应变发生情况,进一步进行其“力-磁”多物理场耦合仿真分析,得到天线传感器的电磁、电场和电流密度分布规律,证实了传感器中双模的存在。仿真结果证明了输入阻抗和应变之间存在对应关系,得到了拟合度较高的“输入阻抗-应变”拟合方程式。（4）建立了天线传感器悬臂梁应变监测实验,并进行了不同方向、不同等级应变下的天线传感器电磁性能参数的读取,从实验得到的“输入阻抗-应变”和“反射系数S11-应变”曲线得出应变与输入阻抗和反射系数S11的对应关系。用输入阻抗法表征应变的灵敏度与“力-磁”多物理场耦合仿真分析的天线传感器结果吻合度较好,证明实验的可靠性较好。天线传感器两种表征法不仅具有较高的灵敏度,线性度和稳定度同样良好。本文结合理论推导、仿真分析、实验测试三位一体式研究,研制出一种基于天线原理的传感器。与传统天线传感器相比,单向应变测量扩展到双向应变测量;辐射贴片的基于矩形贴片形状作抠除处理,相较已有天线传感器研究的矩形圆形也进行了更为复杂的变化;应变的表征方式更加丰富;应变灵敏度得到了很大的提升。