无线电能传输技术（Wireless Power Transfer,WPT）具有安全、可靠、便捷等诸多优点,近年来被大量应用于各种用电场合。其中,磁耦合谐振式WPT技术由于其传输距离远、效率高以及功率大等优点,成为了最具有发展潜力的WPT技术之一,但在实际应用中其传输性能会随传输距离的增大而降低。对收发端的磁场进行调控,使接收端得到更多的能量是一种解决方法,超材料作为一种具有倏逝波增强、负折射率的人工电磁材料能够改变收发端之间的磁场分布,增强WPT系统的传输性能。目前,WPT系统的收发端往往需要同步传输信号,因此双频及多频WPT系统具有很好的研究前景。针对现有的超材料仅适用于单频WPT系统,无法满足双频WPT系统的问题,本文设计出了具有双频特性的超材料,并实现了基于双频超材料的无线电能传输系统。主要工作和成果如下:首先,设计出了两种具有双频特性的超材料。第一种采用自谐振嵌套结构,通过线圈等效电感和电容来实现相应的工作频点,第二种采用外加补偿嵌套结构,通过外加补偿电容来实现相应的工作频点。嵌套式结构可以使得超材料具有双频特性,通过增加线圈嵌套数量可以得到具有多频特性的超材料,利用三维电磁仿真软件HFSS对所设计的超材料进行参数优化和分析,利用MATLAB软件提取等效磁导率,验证了设计的正确性。其次,为了使WPT系统能同步传输信号,设计了一种基于PCB板的双频收发线圈,可以分别利用两个不同的谐振频段传输电能和信号。使用三维电磁仿真软件HFSS对所设计的双频WPT系统进行仿真和参数扫描,得到最佳特性,并搭建基于双频超材料的WPT系统,仿真结果证明了双频超材料可以同时增加WPT系统在两个工作频点处的效率。再者,设计一款高频E类功率放大器作为WPT系统的驱动源,利用ADS软件完成E类功率放大电路的设计和仿真,包括基本电路参数设计、高频MOS管选取、稳定性电路、偏置电路、阻抗匹配电路和滤波电路设计。为了保证实物性能,通过AD软件和ADS软件进行PCB版图联合仿真。利用单片机系统设计了具有信号放大和调制功能的信号发生器,以及相应的稳压电源电路。最后,实验验证了两种双频超材料可以同时增强WPT系统两个工作频点的传输效率,验证了E类功率放大器、信号发生器能够达到设计指标,搭建并测试了基于双频超材料的WPT系统,结果表明加入双频超材料能够增强WPT系统的传输能力。