微测辐射热计型非制冷红外探测器以其易携带、性能卓越、成本低廉等优点，具有广泛的军事和民用前景。然而，微测辐射热计长期以来采用的传统单牺牲层微桥结构，光吸收层与热敏感层同升同降，影响器件的性能改良。双牺牲层微测辐射热计是近年来提出的改进型结构，该结构性能十分突出。但是，目前为止，双层微测辐射热计的相关文献国内外均极少报道，人们对此类结构的性能特征及优缺点等了解不足。本文通过数学模型仿真软件Matlab以及有限元分析软件IntelliSuite对传统单层I型桥腿结构、L型桥腿结构、隐藏桥腿的新型双层S型桥腿结构和新型双层伞形结构的光学性能、热学性能以及力学性能分别进行了系统的仿真。结果表明：双层微测辐射热计的综合性能优于单层微测辐射热计。其中，双层S型结构的温升最优，但其力学稳定性较差，难以满足实践需要；双层U型结构的温升虽低于双层S型，但明显优于单层微桥；重要的是，双层U型在光吸收性能、力学稳定性、器件制造等方面，均优于双层S型。所以，双层U型的综合性能更优。此外，针对双层U型结构热学性能的不足，本文从微测辐射热计薄膜材料以及桥腿结构两方面进行了改进。仿真结果表明，采用SiO2支撑材料，器件温升将提高27%，但形变也将提高300%，综合性能变差；但是，若将I型桥腿改变为L型桥腿，其温升增加57%、而其形变仅增加46%。本文还研究了双层U型微测辐射热计各功能材料层厚度对器件光学性能、热学性能、力学性能的影响。而且，通过综合优化比较，研究获取一组优化的膜层厚度，能够使双层U型微桥温升达到115.3mK、热学性能提升76.97%，形变降为0.02008μm、力学性能提升了32.1%。重要的是，针对双层U型微桥结构敏感层热均匀性差的不足，本文还设计了含有导热层及多个支撑孔的几种新型双层微桥。其中，新提出的4H15型双层微桥的位移最大值比DRS公司设计的双层U型结构减少8.4%、具有更优的力学稳定性，而且，敏感层温差也从9.6mK明显地降低到1.3mK、热均匀性大幅改善。