随着个人用电设备的增长,无线电能传输成为了业界研究热点。其中,磁耦合谐振式无线输电应用最广泛、研究最深入。磁耦合谐振式无线输电的本质是能量经过磁场耦合进行传递,由于磁场在空气中耗散,系统的传输效率随着传输距离的增大而迅速下降。如何在保持一定传输距离的条件下,提升系统传输效率是本领域的重要研究问题。现有研究大多着眼于无线输电系统本身,包括电力电子变换器的拓扑、控制,线圈的优化设计等。本文从传输介质的角度入手,利用超材料调节磁场分布,提高无线电能传输的效率。超材料是由人工单元结构经周期性排列而成的特异性材料,通常具有负介电常数、负磁导率等特殊物理性质,能够对电磁场进行人为调控。本文重点探讨了超材料器件在无线电能传输系统中应用的可行性,并给出了初步的实验结果。本文首先分析了笛卡尔坐标系和正交坐标系下的变换光学理论,给出了根据空间坐标变换推导超材料电磁张量的方法。介绍了三种适用于无线输电系统的超材料器件:磁场集中器、移位介质和超散射体。以这三种器件为例,展示了利用变换光学设计超材料器件的流程,以及仿真验证其效果的方法。上述三种器件的材料参数都非常复杂,难以制造。基于这一问题,本文研究设计了一种更简单可行的超材料移位平板组。这种移位平板组由一块负磁材料平板和一块正磁材料平板组成,能够将两块平板间的空间在电磁场中近似等效移位一定距离。用该平板组覆盖发射线圈或接收线圈,能够在电磁场中缩短两线圈的等效距离,从而增强线圈耦合、提高系统效率。在仿真软件中建立了加入移位平板组的无线输电系统、不加任何超材料的基准模型系统和等效模型系统,通过比较三种系统的磁场分布、线圈互感、传输效率,证明了移位平板组能够达到预期移位效果,可用于提升无线输电系统的效率。此外,本文探讨了超材料平板的特殊情况——超材料平面对无线输电系统的影响。超材料平面可看作单个方向磁导率特异,另外两正交方向磁导率为1的超材料平板。本文通过理论和仿真,分析了不同磁导率的超材料平面对无线输电系统效率的提升效果。当超材料平面的等效相对磁导率大于1或小于-1时,加入超材料平面能够提升系统效率,其中,负磁导率对效率的提升效果更明显;当磁导率在-1到0之间时,系统效率存在最大值,但此时系统鲁棒性较差,不适合实际应用。本文还在5.3MHz-7.2MHz的可调频谐振式无线电能传输实验平台中进行了实验,验证了上述结论。最后,本文搭建了7.2MHz的小型磁耦合式无线电能传输系统,设计了小尺寸的六边形超材料单元结构,组成了超材料平面和超材料球壳。探讨了保持有效传输距离不变时,超材料平面对系统效率的提升效果:当要求的有效传输距离大于发射线圈和接收线圈的尺寸时,加入超材料平板能够对系统产生净提升。还探讨了不同结构超材料器件的性能差异,总体而言,超材料平面的性能优于超材料球壳。