无线电能传输（Wireless Power Transfer,WPT）技术因其便捷、灵活、安全、高效等优点,应用到了越来越多的领域当中。在WPT系统的应用中,往往需要原副边快速、可靠的信息交互,比如最优效率的跟踪、系统输出功率的反馈控制、负载端状态信息的上传等,能量/信号并行传输技术成为了WPT系统信息交互的重要手段。目前,实现WPT系统信号传输主要有四种方式:近场通信技术、信号线圈传输、能量调制式和独立载波调制式。其中近场通信技术存在配对延迟,信号线圈传输抗偏移性差,能量调制式又难以避免能量波动。因此,延迟小、抗偏移能力高、无能量波动的独立载波调制式正受到人们的关注。独立载波调制式又称为能量信号并行传输（Parallel Transmission of Power and Signal,PTPS）技术,而具备双向信号传输的PTPS系统（以下简称为信号全双工模式）可以在能量传输的同时实现正反向的信号传输,有更高通信效率来满足原副边之间实时的信息交互,是目前WPT领域内的重要研究内容。PTPS系统传输过程不仅有能量波,还有正反向的信号载波,因此系统电路复杂且各种参数相互制约,使得PTPS系统面临许多亟待解决的关键科学技术问题。一方面,增设信号传输通道后会对能量传输产生影响,破坏能量传输的谐振状态使得传输能效下降;另一方面,信号传输过程中受到能量传输的干扰,信号解调难度较大。与此同时,全双工模式下正反向信号载波之间相互干扰,进一步降低信噪比从而限制了信号传输速率,难以满足实际通信需求。此外,全双工模式下的PTPS系统电路复杂参数众多,进行参数设计时难以实现系统传输性能的综合优化,以保证系统拥有较高的鲁棒性。以上问题都制约着PTPS技术的推广与发展,因此,实现一种能量稳定传输、信号高速率、高信噪比、全双工通信模式的PTPS系统是目前研究的关键。本文针对WPT系统电能传输与信号全双工并行传输存在的问题,以三种典型无线电能传输系统及应用场景为对象,围绕PTPS系统能量与信号传输性能的提升及相关问题展开研究。在此基础之上,重点围绕实现PTPS系统信号全双工模式的拓扑与参数优化方法展开研究。本文主要开展了以下研究工作:面向静态WPT系统全双工通信需求,提出了一种基于双侧LCC补偿拓扑与阻波网络相结合的PTPS系统。基于双侧LCC型补偿拓扑,建立了能量传输通道的数学模型,并给出了考虑阻波网络阻抗影响的谐振关系。针对能量对信号干扰及正反向信号相互干扰的问题,提出了一种基于阻波网络的能量与正反向信号解耦方法,并对信号传输通道进行建模分析。基于信号传输的分析,针对信道带宽限制及信号速率受限的问题,提出了一种综合增大信噪比及信道带宽的参数设计方法提升了信号传输容量。面向动态WPT系统能量与全双工信号并行传输的需求,提出了一种能量传输通道基于双侧LCCL补偿、信号传输通道基于双陷波电路的PTPS系统。基于双侧LCCL补偿拓扑,给出了能量传输原边线圈和负载恒流的参数谐振关系,并分析了能量支路的频率特性,提出了一种减小能量对信号干扰的参数设计方法。基于双陷波电路的带通特性,提出了一种全双工模式的能量信号并行传输系统,分析了信号传输通道的阻抗特性并得到了信号正反向传输的增益及干扰增益。针对动态条件下互感和负载变化导致系统性能降低的问题,提出了一种提升系统鲁棒性的参数设计方法,以满足动态条件下PTPS系统的传输需求。针对大功率PTPS系统信噪比受限的问题,提出了一种基于双谐振电路的信号全双工传输系统。能量传输通道基于双边LCCL补偿拓扑,实现了原边恒流和负载恒流的稳定传输。基于信号传输通道双谐振结构的谐振点分布及参数谐振关系,分析了信号传输通道的阻抗特性。同时,提出了一种抑制同侧信号源干扰的信号全双工传输方法。针对PTPS系统信噪比受限的问题,利用双谐振结构中两个谐振点高增益的特性和隔离变压器的带通特性,提出了一种提升系统信噪比的参数优化方法,实现了PTPS系统稳定的能量传输及高信噪比的信号传输。针对PTPS系统存在传输性能相互制约的多参数优化问题,提出了一种面向综合性能目标的PTPS系统参数设计原则。针对PTPS系统传输性能受耦合机构参数影响的问题,建立了耦合机构考虑邻近效应影响的数学模型,并提出了一种基于感阻比的最优线圈参数设计方法。针对PTPS系统综合性能提升的问题,基于能量和信号传输性能的指标,建立了综合性能函数以衡量PTPS系统的能量和信号传输性能质量,并进一步基于多参数的优化方法得到系统Pareto最优前沿及Pareto最优解集,从而提出一种提升PTPS系统综合传输性能的参数设计原则。