超材料(Metamaterial)是指具有亚波长结构、具备大多数普通介质所不具有的超常电磁性质的人工材料,它是目前物理与电磁学研究领域的前沿与热点问题,在2006年被美国《科学》杂志评为年度十大科技突破之一。超材料一般由人工金属结构单元构成,并且能够按照人们的意愿进行调控。在兆赫兹频段,作为实现超材料的一条新思路,基于负磁导率的非正定磁介质,具有结构简单、易于实现三维各向异性等特点,因此,近几年它的应用研究受到了科研工作者越来越多的关注。本论文在计算机数值仿真软件和电磁超材料设计理论的基础上,设计了具有磁单负特性的非正定磁介质超材料,并将其应用在具有相同谐振频率的磁耦合谐振式无线电能传输系统中,它能够显著地提高无线电能传输系统的距离和效率。本文有价值的工作和研究成果主要包括以下几个方面:首先,设计了一种基于FR4基板的单面金属平面圆螺旋结构的电磁超材料,其波长和尺寸之比大于55,具有亚波长的特性。通过大量的数值仿真实验,提取了有限厚度电磁超材料的散射参数,并反推其磁导率,研究表明该人工电磁超材料结构能够在兆赫兹频段实现负的磁导率,而且在13.56MHz附近能够实现法线方向磁导率为-1的非正定磁介质。其次,数值仿真了FR4基板和金属平面圆螺旋结构参数的改变对非正定磁介质谐振频率的影响,实验证明,结构参量的改变能够在兆赫兹频段实现对磁谐振频率的调节,其中谐振环厚度的改变对磁谐振频率的影响较小。第三,数值模拟了磁偶极子的磁场强度经过空气与非正定磁介质后磁场强度随距离的增加而变化的空间分布情况,数值仿真发现非正定磁介质对近区场的倏逝波具有明显的部分聚焦效应。第四,将本文所设计的非正定磁介质用于具有相同谐振频率(13.56MHz)的磁耦合谐振式无线电能传输系统中,并与原系统进行比较,实验结果表明:基于金属平面圆螺旋结构的非正定磁介质在一定的范围内可以有效的提高磁谐振耦合式无线电能传输系统的效率,具有较好的使用价值,且具有设计简单,制作方面等优点。