重大突破！崔铁军院士团队提出“电磁雕塑家”框架，革新电磁结构设计

发布时间：2026-05-08来源：射频学堂

近日，东南大学毫米波全国重点实验室崔铁军院士团队在《Communications Engineering》（2026年第5卷第84期）发表重要原创论文，首次提出“电磁雕塑家”（Electromagnetic Sculptor）可微分几何优化框架，创新性融合可微分几何优化理论与电磁仿真技术，实现对无形电磁场的高效、精准塑造，为复杂三维电磁结构自动化设计提供革命性方案，标志着我国在电磁调控领域取得关键突破，延续了团队在该领域的国际领先优势。

长期以来，传统三维电磁结构设计严重依赖经验试错与启发式算法，不仅耗时耗力、收敛性差，还难以匹配高精度、多功能的电磁调控需求，尤其在复杂三维场景下，设计效率与性能瓶颈突出——传统方法往往局限于数百个设计参数，难以适配含数千个顶点的复杂模型，无法兼顾效率与精度。针对这一核心难题，崔铁军院士团队打造的“电磁雕塑家”框架，如同雕塑家精准雕琢材料般，实现了对电磁场的精准“塑形”，其核心突破在于三大创新，彻底打通“形状-性能”的直接关联。

该框架的核心创新集中在三个维度：其一，采用射击弹跳射线（SBR）方法结合物理光学（PO）近似，替代传统全波求解器，实现高效可微分的高频电磁仿真，天然适配多边形网格结构，大幅降低计算成本；其二，创新提出基于斐波那契晶格的空间滤波几何优化器，通过扩散局部灵敏度信息，稳定梯度下降过程，有效避免几何变形过度，提升收敛鲁棒性；其三，融入形状保持正则化策略，借鉴计算机图形学中的“尽可能刚性”（ARAP）技术，在优化过程中维持模型全局轮廓一致性，确保优化结果的几何平滑性与可制造性。

与传统方法相比，“电磁雕塑家”框架的优势尤为显著：它将电磁结构的几何参数转化为连续可微变量，通过梯度反向传播自动迭代优化，无需人工干预即可快速收敛至最优方案，设计效率较传统方法提升数十倍，且能稳定实现低损耗、高聚焦、特殊场分布等复杂电磁目标。实验验证显示，该框架可支持含数千个自由度的任意三维几何模型，在1-4GHz频段实现约6dBsm的宽带雷达散射截面（RCS） reduction，模拟结果与实测数据高度一致，攻克了传统设计难以兼顾效率与精度的痛点。

论文共同第一作者为杨凯乔博士与刘彻助理研究员，通讯作者为崔铁军院士，俞文明副教授为共同作者，东南大学为唯一完成单位，彰显了我国高校在电磁学前沿领域的自主创新能力。该工作获得国家重点研发计划、国家自然科学基金等国家级项目的大力资助，是我国在信息科学与工程领域布局的重要成果之一。

从应用前景来看，“电磁雕塑家”框架通用性强、适配性广，可覆盖从无线电波到光波的宽频谱范围，广泛适用于毫米波及太赫兹器件、5G/6G通信天线、超材料/超表面、医疗成像设备、隐身技术等多个关键领域。在通信领域，可设计高增益、低干扰的新型天线，支撑6G高速通信发展；在医疗领域，能提升核磁共振成像精度，助力精准无创治疗；在超材料与隐身领域，可加速“电磁隐身”“波束调控”等新型人工电磁结构的研发，推动电磁技术从“经验设计”向“智能优化”跨越。

此次成果是崔铁军院士团队在信息超材料、电磁调控领域的又一里程碑式突破，延续了团队在《Science》《Nature》系列期刊发表多项原创成果的领先优势。

注释：文章图示来自已发表论文，仅供参考

论文引用：YANG K Q, LIU C, YU W M, et al. Electromagnetic Sculptor: a differentiable geometric optimization framework to manipulate electromagnetic fields[J]. Communications Engineering, 2026, 5: 84.

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