微波检测技术因其检测速度快、灵敏高、免标记等优点而备受关注,现已广泛应用于医学、农业和电气领域。依托各种微波传感器,以介电微扰理论为基础,微波检测技术常常用于介电目标对象浓度、种类和品质的传感检测与鉴定。随着科学技术的不断发展,应用环境的日趋复杂,各领域对传感器检测精度和功能性均提出了更高的要求,传统微波传感器难以满足日益增长的应用需求。因此,研究性能优异、功能多样化的微波传感器是目前的重点研究方向。在此背景下,本文以衬底集成波导（Substrate Integrated Waveguide,简称:SIW）重入式腔体谐振器（Re-entrant cavity resonator,简称:RECR）为基本结构,利用其内部诱导电场高度集中的谐振特性,结合其紧凑的结构优势,设计了两款具有优越传感性能的小型化微波介电传感器。本工作以腔体微扰理论为指导,结合基础理论研究、传感特性仿真和实际性能测试等方法,开展高传感性能的传感器研究,具体成果如下:（1）适用于液态媒质复介电常数测量的SIW-RECR差分介电传感器以一对纵向堆叠的SIW-RECR为基本结构,结合微流控芯片,设计了一款具有高去耦、高灵敏度性能、能抑制环境温度交叉敏感性的微波差分介电传感器,以满足液态媒质复介电常数高精度测量的应用需求。为了将微波信号同时馈入纵向堆叠的两谐振器内部,设计了一种“微带线-带状线-SIW”馈电结构;其次以SIW-RECR内部电场分布规律为指导,利用微机械加工技术,制作了加载液态媒质的微流控芯片,并将其嵌入RECR强电场间隙区域;利用标定样品已知复介电常数与传感器谐振频移、品质因数的依赖关系,建立了传感器液体复介电常数反演预测模型,并利用各类化学试剂,验证了传感器复介电常数反演模型的预测精度;最后,对传感器进行温度效应实验,验证了该差分传感器具备抑制温度效应的能力。实验结果表明,所设计的传感器具有极优秀的去耦性能和传感灵敏度,其复介电常数实部与介电损耗角的测量误差低于4.87%和-8.39%。（2）正交双模缝隙加载的SIW-RECR无线湿度传感器将SIW四电容柱（Four-capacitance-post,简称:FCP）RECR与两对相互正交的缝隙天线结合,设计了一款适用于以无线形式检测相对湿度（10%RH～90%RH）的传感器。首先,以SIW-FCP-RECR内部高阶模式1和模式2的电场分布特性为基础,在传感器上表面蚀刻两对相互正交的缝隙天线。旋转发射天线,改变其与缝隙天线对的相对位置关系,可获取高阶模式1或模式2的传输响应曲线。传感器顶面刻蚀阵列金属栅网,增强腔体谐振器中湿空气的流动性,同时引入部分空气填充衬底层,以富集传感器传感区域的水分子,促进湿空气与传感区域极化作用,实现增强传感器的湿度传感性能和增强传感器响应、恢复特性的目的;谐振器的传感区域沉积湿敏材料,以吸附更多水珠,从而增强传感器的传感灵敏度。最后,搭建无线湿度传感监测装置,将无线湿度传感器置入潮湿环境,利用传感器的高阶模式1和模式2分别进行湿度监测。实验结果表明,湿敏材料沉积在传感区域后,传感器高阶模式1和模式2谐振频率偏移的绝对灵敏度为165k Hz/%RH和161k Hz/%RH,幅值偏移的灵敏度为18.5md B/%RH和14.8md B/%RH。