左手材料是一种较为特殊的人工电磁材料,它是由周期性的亚波长量级结构单元组合而成。在某一段频率范围内,左手材料会表现出负的介电常数以及负的磁导率现象。左手材料还具有一些比较奇特的电磁特性,比如负折射率、逆多普勒效应和完美透镜等。目前,基于左手材料结构的各种传感器日益受到人们的关注,这类传感器可具有不分离元件测量、物理体积小、灵敏度高等优点,还可以将其集成到其它微波器件上,有利于实现微波器件的小型化和集成化。随着对左手材料结构研究的深入,出现了一种新型左手材料结构互补开口谐振环(Complimentary Split Resonant Ring,CSRR),并将其应用到现代传感器的设计中。互补开口谐振环是一种特殊的左手材料,本论文论述了左手材料的研究背景及其发展进程,对左手材料的应用现状进行了总结分析。对近年来将CSRR应用于传感设计的研究进行了总结与分析,发现将CSRR应用于传感器的设计,有利于提高传感器的性能。为了提高传感器的测量精度和实现传感器的小型化,本文提出了两种新结构CSRR,分别实现了传感器测量精度的提高和传感器的小型化。介绍了传输线、开口谐振环(Split Resonant Ring:SRR)以及互补开口谐振环的基本理论;研究了CSRR传感器的等效电路模型;论文中还介绍了微波检测的基本原理以及利用S参数提取材料介质电磁参数的方法,有利于对CSRR传感器进行更深入的研究。基于传输线以及互补开口谐振环的相关理论,为了提高CSRR微带传感器测量材料介电常数的精度,提出了六边形CSRR结构,并对该结构进行仿真分析,其测量精度约为传统四边形CSRR的1.4倍,空载时的品质因数相对于四边形结构提高了约30%,使CSRR微带传感器的性能得到了有效的提升;然后对该传感器的传感性能进行了仿真分析;最后搭建实验系统,利用设计制作的传感器对不同材料的介电常数进行测试,测试过程中尽可能地消除外界环境的影响,以减小测量误差。为了实现传感器的小型化,提出了一种新结构的紧凑型CSRR结构。在相同工作频率时,该紧凑型(34)(50)(49)(49)结构所占物理面积约为传统(34)(50)(49)(49)结构所占物理面积的一半,有效地利用了互补开口谐振环的内部空间,减小了传感器的物理面积,实现了现代传感器的小型化;本章还对材料的复介电常数进行了简要的分析,并利用紧凑型CSRR微带传感器对材料复介电常数进行仿真分析;仿真结果表明,加载紧凑型CSRR结构的微带谐振传感器可以实现对材料介质复介电常数的测量。为后续材料复介电常数测量研究提供了一种方法。