电磁场在生活中无处不在,对电磁场的控制一直是光学、电磁学和工程领域长期研究的课题。自Maxwell方程建立以来,人们提出了大量调控电磁场的方法,但受频段的限制往往只限于特定的应用。变换光学是近年来兴起的崭新电磁调控方法,适用于从直流到光波的整个频谱范围。基于变换光学设计的超材料已经应用到传统的微波天线领域并取得良好的效果。由于无线电能传输本质上是借助空间中磁场的耦合来实现能量的传递,所以有效的电磁调控方法也可用于提高无线电能传输系统的效率。本文重点探究了变换光学和超材料在无线电能传输中的应用可行性,给出了初步的实验结果以供参考。论文首先分析了基于一般坐标变换和共形变换的变换光学理论,给出了不同坐标系下的电磁张量形式。文中不仅讨论了一般坐标变换和共形变换的物理意义,还就介质参数和实验验证方面比较了它们的优缺点。为展示两种变换的作用,本文阐述了几类新颖电磁器件的设计原理,包括:隐身衣、波束调制器、幻觉器件和瞄准仪。它们对电磁波的调控作用被有限元仿真所证实,并有望实现无线电能传输领域的特定应用,比如:基于隐身衣的磁屏蔽和借助瞄准仪的电磁波定向传输。此外,本文还介绍了SRR型磁性超材料,并推导了等效磁导率的频响函数。其次,本文基于一般坐标变换设计了新型的磁场集中器。其设计思路是:将发射端的磁场等效地映射到接收端附近的球壳区域。通过低频近场的仿真计算,本文证明了该集中器可以聚敛接收线圈处的磁场,增加穿过线圈的有效磁通,从而提高系统的互感和效率。考虑到该器件的参数复杂性,论文的第三章借助分层、分扇区等方法将原先各向异性的介质简化为均匀各向同性的材料,大大降低了制作的难度。与传统的电磁聚焦器相比,本文的磁场集中器具有结构简单、空间利用率高等优点,适用于改善无线供电系统中接收端处的磁场分布。此外,本文基于变换光学方法还提出了一种不含PEC边界的超散射体,用于等效地放大和移位内部的接收和发射线圈。线圈的等效位置可以在超散射体之外,等效尺寸可以大于超散射体本身。这样,本文可以用更为紧凑的装置实现大范围、远距离的无线供电,达到“以小博大”的目的。最后,本文制作了频率分别为17.6MHz和6.78MHz的两种磁性超材料,并讨论了该材料在系统中的位置对传输效率的影响。网络分析的测试结果表明:当系统中对称放置两块超材料平板时,传输效率的提升最为明显。这一结论也分别在感应式与谐振式无线电能传输平台上得到证实。耦合式供电实验还表明:磁性超材料不仅能够抑制倏逝波的衰减,还可起到“空间滤波器”的作用,有利于改善负载端的波形失真。而在谐振式供电实验中,本文利用磁性超材料成功点亮了60cm之外的15W白炽灯。这对中远距离的无线电能传输系统具有较高的参考价值。