近日，北京理工大学李营教授、黄怿行副教授在力学驱动智能可重构超结构电磁调控领域取得重要进展。研究成果以“Ordered Electromagnetic Dissipation via Admittance Scaling”为题发表于国际物理学、力学顶级期刊《Physical Review Letters》。研究提出“导纳缩放”机制，通过结构的连续变形调控电磁有效输入导纳，在缩放响应幅值的同时保持近似不变的相位关系，实现宽频范围内电磁耗散的连续、有序和单调调控。该工作建立了力学位移与电磁耗散之间的定量关系，提出结构力电磁耦合的单调性判据，为力学驱动智能结构的多物理场响应调控提供了新的理论与设计思路。

宽带电磁响应调控面临的关键难题

对于传统可调电磁结构，不同频率的电磁波往往具有不同的最佳工作状态。不同频率可以看作不同的能量通道：当结构参数发生变化时，部分频率的能量耦合增强，另一些频率却可能减弱，因而整个频带的响应容易出现此消彼长、曲线交叉和反复起伏的现象。

这一问题与电磁响应中幅值和相位的耦合密切相关。改变结构或材料参数，在调节电磁耗散强度的同时，也会改变电磁波传播与干涉所对应的相位，使不同频率难以沿同一方向连续变化。对于力学驱动的可重构智能结构，这意味着结构位移的单调增加，并不必然带来电磁耗散的单调变化。如何建立输入力学位移变量与电磁响应之间可预测的定量关系，是实现宽带连续电磁性能智能调控需要解决的关键问题。

导纳缩放新机制

针对这一问题，研究人员基于Maxwell方程和Poynting定理，从电磁能量守恒出发，提出“导纳缩放”理论框架。该框架将有效输入导纳分解为描述频率响应的参考导纳，以及由外部驱动控制的幅值缩放因子。通俗地说，传统方法更像是让不同频率的“能量通道”各自改变，彼此容易错位；导纳缩放则使这些通道在调控过程中按照近似一致的比例同步变化。这样，结构驱动主要改变电磁耗散的强弱，同时尽量保持原有相位关系，从而抑制相位变化引起的干涉振荡。

在此基础上，本工作推导了电磁吸收率A对广义位移q的变化关系，给出了力学输入参量调控电磁响应参量的结构力电磁耦合单调性判据。该判据将结构位移变化与电磁能量耗散联系起来，使力学驱动下的电磁响应演化具有明确的数学描述。研究将力电磁耦合的描述由材料层面拓展到可重构结构层面，为通过构型设计建立可预测的多物理场响应关系提供了理论依据，也为智能结构的感知、决策与控制提供了支撑。

图1. （a-b）表示传统调控，不同频率的响应随调控参数变化会反复起伏；（c-d）表示导纳缩放机制，不同频率同步、同向变化，从而实现宽带有序调控。

从理论机制到结构实现与实验验证

为实现导纳缩放机制，本工作采用材料与结构协同设计，通过材料约束相位演化、通过结构变形调节耗散通道的参与程度，使电磁响应的幅值与相位由不同物理自由度分别调控。在此基础上，本工作设计了力学可驱动的准Hilbert多通道超结构，利用构型的连续扩展与收缩，逐步改变多个耗散通道的参与程度，将机械位移转化为电磁耗散强度的连续变化。全波仿真和自由空间实验结果表明，在结构位移s为0、5、10 mm的不同驱动状态下，反射频谱在宽频范围内随位移增加整体下移，呈现有序且基本不交叉的演化趋势。实验测量重现了仿真中的单调变化，验证了导纳缩放机制及力学驱动可重构结构方案的有效性。该研究建立并验证了基于广义力学位移驱动有序电磁耗散的调控路线，为智能可重构超结构和宽带动态电磁调控提供了新的设计方法。其理论框架还可拓展至其他满足相应有效导纳条件的材料系统和结构拓扑，为力学参量驱动的多功能智能结构研究提供参考。北京理工大学先进结构技术研究院博士后孙英剑为论文第一作者，李营教授、黄怿行副教授为论文通讯作者。

图2.（a-b）为准 Hilbert 多通道超结构，通过机械位移逐步改变各耗散通道的参与程度。 

图3.（a-b）仿真与实验结果均表明，随着位移增大，反射整体降低，实现宽带有序调控。

文章信息：

Y. Sun, H. Liang, Y. Huang*, W. Li, Y. Li*, “Ordered Electromagnetic Dissipation via Admittance Scaling,” Physical Review Letters, 137, 116903 (2026).    

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DOI: https://doi.org/10.1103/q1sq-ycdg

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