承载部件作为高端装备中最常见的结构单元,受载荷和应力集中的影响极易萌生裂纹,导致结构失效,实时监测结构关键部件的应变状态对保障结构健康至关重要。本文基于微波无损检测技术,围绕微带贴片天线的工作机理,提出一种新型矩形微带贴片天线应变传感器,主要研究内容包括:(1)微带贴片天线工作机理的理论研究。结合微带贴片天线辐射电磁场及传输线理论模型,分别研究了微带贴片天线的几何尺寸对固有谐振频率的影响、接地板所受应变大小对谐振频率的影响,明确了天线工作波长越短,频率越高,对应尺寸越小。探究了微带贴片天线谐振频率偏移量与应变的变化关系,为应变测量提供理论依据。(2)微带贴片天线应变传感器的研制及性能测试。根据贴片天线的几何尺寸对其固有谐振频率的影响,进行了数值仿真和理论分析,并利用微波检测系统对传感器性能进行测试。通过4组不同尺寸的矩形微带贴片天线,探究了天线辐射元的长度、宽度和馈电位置对其谐振频率的影响。研究结果表明,天线谐振频率对辐射元长度变化最为敏感,且随长度增加而减少,检测结果与仿真结果相吻合,验证了微带贴片天线应变传感器实现应变测量的可行性。(3)金属材料应变的检测研究。由贴片天线谐振频率与应变的相互作用机理可知,当金属接地板产生应变时,贴片天线几何尺寸会发生改变,谐振频率也随之发生偏移,且频移量与应变成线性关系。本文利用检测谐振频率偏移量的方法,实现了对悬臂板的弯曲应变及铝板的单向拉伸应变的有线和无线测量。(4)基于喇叭天线的无线检测。在谐振频率的有线检测基础上,对网络分析仪接收到的背向散射信号进行了分析。利用微波无线测量系统对两种终端状态下的贴片天线进行了无线测量,将接收到两个频域信号进行反傅里叶变换后相减,消除了干扰信号,再对信号进行加窗等处理,实现了谐振频率的提取,这对承载部件的应变和裂纹进行无源无线的实时监测具有重要的研究意义。