桥梁、铁路等工程结构上的重要承载部件经常会由于结构损伤带来不可控的危险隐患,如果没有及时对这些损伤进行检测则会导致结构失效并带来严重的不可逆损失以及高昂的修复费用。尤其是这些结构中的金属部件,会在长期处于服役过程中由于环境侵蚀、承受动载荷等因素而逐渐产生裂缝。结构健康监测（Structural Health Monitoring,SHM）通过在结构关键部位安装各种传感装置对结构损伤进行定期的无损检测（Non-Destructive Testing,NDT）,是一项预防重大灾难性事故的重要措施。但传统的一些传感器由于严重依靠电缆、布局复杂、寿命较短,已不能满足结构健康监测对某些应用场景进行无源无线以及多点监测的需求。本文以SHM为研究背景,基于特征模理论（Theory of Characteristic Modes,TCM）,设计了双频窄带天线传感器以及射频识别（Radio Frequency Identification,RFID）标签天线传感器,并对这两款天线传感器检测金属裂缝的传感机理进行了研究,为天线传感器对金属裂缝进行无源无线和多点监测提供了理论支撑。研究内容具体包括:（1）分析了金属裂缝对微带贴片天线的电流分布产生的影响,推导出微带天线谐振频率的偏移可以用于表征金属裂缝大小的传感原理。针对该传感原理,设计了基于特征模理论的双频窄带天线传感器,通过仿真和实测验证了天线传感器的谐振频率对裂缝的表征性能。实测结果表明此天线传感器可以对裂缝位置方向和大小进行监测,其对水平方向裂缝宽度和深度检测灵敏度都为-21.5MHz/mm~2;对竖直方向裂缝检测的深度和宽度检测灵敏度分别为-44MHz/mm~2和-47.25MHz/mm~2。（2）为了实现微带天线传感器的多点检测功能,设计了基于特征模理论的RFID标签天线传感器。为了让传感器拥有良好的工作效率,应用TCM确定了馈电端口的位置,并采用共轭匹配技术实现了标签芯片和标签天线的阻抗匹配,同时确定了标签天线的尺寸参数。通过仿真验证了标签天线传感器的谐振频率对金属裂缝的表征性能。仿真结果显示,此标签天线传感器可以对金属裂缝的扩展方向和大小以及对竖直方向上的天线疲劳裂纹的长度进行监测。