随着物联网技术的飞速发展和第四次工业革命的到来,传感器的使用数量和性能需求日益提高,传统的传感器已经难以满足当下发展需求。微波传感器由于灵敏度高、制造成本低以及测量过程简单等优点,已经被广泛应用在工业、生物以及电子领域,在这些领域中,需要使用微波传感器对材料的介电常数进行精确检测。为了满足应用的需求,微波传感器需要在实现高灵敏度检测的同时进行小型化设计,超材料技术为设计更高灵敏度和更小尺寸的微波传感器提供了新的思路。超材料谐振器具有品质因数高、频率响应陡峭、亚波长谐振等优点。因此,设计基于超材料谐振器的微波传感器已经成为研究热点。在此研究背景下,本文主要从提高微波介电常数传感器的灵敏度角度出发,对传感器的灵敏度增强原因进行了深入分析。本论文的主要研究工作可以概括如下:1.基于耦合超材料谐振器的介电常数传感器研究。提出了两种基于互补超材料谐振器的高灵敏度介电常数传感器,其中,第一种传感器基于互补电耦合LC谐振器（Complementary Electric-LC,CELC）,第二种传感器基于CELC和互补开口环谐振器（Complementary Split Ring Resonator,CSRR）构成。通过分析两种传感器的等效电路,可以给出两种传感器的谐振频率响应。通过理论计算以及电磁场仿真,证明了谐振器间的耦合电容可以增强传感器检测介电常数变化的灵敏度。因此,选择第二种模型进行传感器的制作并进行实验测量,仿真与测试结果取得较好的一致性。这部分工作验证了提出的开路器/合路器加载耦合超材料谐振器的介电常数传感器的可行性。2.基于耦合CSRR的差模介电常数传感器研究。提出了一种基于耦合CSRR的差模介电常数传感器。此传感器通过微带线加载耦合CSRR,其中一组耦合CSRR作为参考元件,另一组耦合CSRR作为测试元件。通过检测反射系数,实现了待测物体介电常数的检测。通过分析等效电路,耦合CSRR依旧能够提高传感器灵敏度。为了实现小型化并进一步提高传感器的灵敏度,对CSRR的窄槽进行弯折处理,经过弯折处理的CSRR可以获得更大的边缘电容。通过电磁仿真,基于弯折槽CSRR的传感器体现了更好的绝对灵敏度和归一化灵敏度,并获得了谐振频率与样品介电常数的关系。最后进行了基于弯折槽CSRR的传感器实物制作,并进行了实验测量,提取的介电常数与理论介电常数非常吻合。这部分工作为设计高灵敏度差模介电常数传感器提供了新的思路。