一种针对智能反射面的测试系统及测试方法

1.本发明涉及微波通信技术领域，尤其涉及一种针对智能反射面的测试系统及测试方法。


背景技术：

2.从1g到5g，无线信道往往被认为是不可调控的一部分。而近年来，随着超材料技术的快速发展，一种新的概念-智能超表面技术(reconfigurable intelligent surface,ris)被提出，它能利用软件等方法通过控制反射面上大量无源反射元的反射特性(改变入射信号的相位、频率、幅值以及极化方向等)主动修改无线信道，为进一步提高无线链路的性能提供了新的自由度。正因为智能超表面技术能调控信道这一特性，它成为了未来6g中颇有前景的一项技术之一。
3.智能反射面以其能够调控信道的能力，使得反射波能够发射到以智能反射面以起点的自由空间的任意方向任意角度(包括入射波的方向)，然而传统的测试方法和装置只能测试同一平面固定角度的入射反射情况。因此，现有的测试设备无法对智能反射面进行测试，现有技术尚缺少一种针对智能反射面的测试系统。


技术实现要素：

4.为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种针对智能反射面的测试系统及测试方法。
5.本发明所采用的技术方案是：
6.一种针对智能反射面的测试系统，包括：
7.测试台，用于放置待检测的智能反射面；
8.多个电磁探头(至少两个)，所述电磁探头的口径指向中心点，所述中心点为测试台的台面的中心；
9.测试支架，所述多个电磁探头安装在所述测试支架上；
10.信号发射器，用于通过电磁探头将射频信号发射至待检测的智能反射面上；
11.信号接收器，用于通过电磁探头接收待检测的智能反射面反射的射频信号；
12.智能反射面的反射参数，控制用于接收反射的射频信号的电磁探头的位置；提取并分析待检测的智能反射面在不同状态、多个角度下的电磁以及信号(信道)质量参数，实现对智能反射面性能的精确完整表征。
13.进一步地，所述测试支架包括圆形滑轨、第一弓形支架以及第二弓形支架；
14.所述圆形滑轨所在的平面与所述测试台的台面所在的平面重合，所述圆形滑轨的圆心与所述中心点重合；
15.所述第一弓形支架固定在所述圆形滑轨上，所述第一弓形支架与所述中心点处于同一个平面内，且该平面与所述圆形滑轨所在的平面垂直；
16.所述第二弓形支架通过移动装置安装在所述圆形滑轨上，所述第二弓形支架与所
述中心点处于同一个平面内，且该平面与所述圆形滑轨所在的平面垂直；所述数据处理模块通过控制移动装置，移动第二弓形支架的位置；
17.所述电磁探头安装所述第一弓形支架上和所述第二弓形支架上。
18.进一步地，安装在第一弓形支架上的电磁探头与安装在所述第二弓形支架上的电磁探头的数量相等，且电磁探头等距地安装在弓形支架上。
19.进一步地，所述测试支架包括第一弧形支架和第二弧形支架；
20.所述第一弧形支架所在圆的圆心与所述中心点重合，且第一弧形支架所在的平面与所述测试台的台面所在的平面垂直；
21.所述第二弧形支架所在圆的圆心与所述中心点重合，且第二弧形支架所在的平面与所述测试台的台面所在的平面垂直；
22.所述第一弧形支架的位置固定不动，所述第二弧形支架可围绕所述测试台的台面所在的平面进行移动；
23.所述第一弧形支架的弧度与所述第一弧形支架的弧度均大于90
°
，所述电磁探头安装所述第一弧形支架上和所述第二弧形支架上。
24.进一步地，所述测试支架为半圆，所述测试支架的圆心与所述中心点重合，所述测试支架设有两个电磁探头，所述电磁探头可在所述测试支架上移动；
25.所述测试台为二维测试台，所述二维测试台的台面可绕着轴线旋转，且可绕着所述测试支架所在平面翻转，所述台面的旋转角度和翻转角度由数据处理模块控制；其中，所述轴线为经过中心点，且垂直于所述测试支架所在平面的直线。
26.进一步地，所述电磁探头为双极化探头；或，
27.所有的电磁探头与所述中心点的距离相等。
28.进一步地，所述测试系统还包括暗室，所述测试台和测试支架设置在暗室内；或，
29.所述测试支架的表面覆盖有吸波材料。
30.本发明所采用的另一技术方案是：
31.一种应用于上所述的一种针对智能反射面的测试系统的测试方法，包括以下步骤：
32.a1、将待测的智能反射面放置测试台上的中心点处；
33.a2、选择预设角度的电磁探头发射射频信号；
34.a3、控制待检测的智能反射面的反射参数，以及控制用于接收反射的射频信号的电磁探头的位置；
35.a4、电磁探头接收到射频信号后，记录射频信号，并返回步骤a2更新发射角度，直到遍历完所有预设的角度；
36.a5、提取并分析待检测的智能反射面在不同状态、多个角度下的电磁以及信号质量参数，实现对智能反射面性能的完整表征。
37.本发明所采用的另一技术方案是：
38.一种应用于上所述的一种针对智能反射面的测试系统的测试方法，包括以下步骤：
39.b1、将待测的智能反射面放置测试台上的中心点处；
40.b2、选择预设角度的电磁探头发射射频信号；
41.b3、控制待检测的智能反射面的反射参数，以及控制第二弓形支架移动至预设位置，以接收反射的射频信号；
42.b4、电磁探头接收到射频信号后，记录射频信号，并返回步骤b2更新发射角度，直到遍历完所有预设的角度；
43.b5、提取并分析待检测的智能反射面在不同状态、多个角度下的电磁以及信号质量参数，实现对智能反射面性能的完整表征；
44.若步骤b3中，接收不到射频信号，控制第二弓形支架在圆形滑轨上进行扫描，以接收到反射的射频信号，并根据接收到射频信号的位置计算调控信道的误差。
45.本发明所采用的另一技术方案是：
46.一种应用于上所述的一种针对智能反射面的测试系统的测试方法，包括以下步骤：
47.c1、将待测的智能反射面放置测试台上的中心点处；
48.c2、选择预设角度的电磁探头发射射频信号；
49.c3、控制待检测的智能反射面的反射参数，以及控制第二弧形支架移动至预设位置，以接收反射的射频信号；
50.c4、电磁探头接收到射频信号后，记录射频信号，并返回步骤c2更新发射角度，直到遍历完所有预设的角度；
51.c5、提取并分析待检测的智能反射面在不同状态、多个角度下的电磁以及信号质量参数，实现对智能反射面性能的完整表征。
52.本发明所采用的另一技术方案是：
53.一种应用于上所述的一种针对智能反射面的测试系统的测试方法，包括以下步骤：
54.d1、将待测的智能反射面放置二维测试台上的中心点处；
55.d2、控制台面的旋转角度和翻转角度；
56.d3、将第一个电磁探头移动到预设位置，并发射射频信号；
57.d4、控制待检测的智能反射面的反射参数，以及控制第二个电磁探头的移动位置，以接收反射的射频信号；
58.d5、电磁探头接收到射频信号后，记录射频信号，并返回步骤d2更新旋转角度，直到遍历完所有预设的角度；
59.d6、提取并分析待检测的智能反射面在不同状态、多个角度下的电磁以及信号质量参数，实现对智能反射面性能的完整表征。
60.本发明的有益效果是：本发明通过移动电磁探头的位置，实现对智能反射面球面的扫描，可以接收并分析待测智能反射面不同状态、多个角度下的电磁以及信号(信道)质量参数，实现对智能反射面性能的精确完整表征，可用于各种智能反射面/可重构智能反射表面的测试。
附图说明
61.为了更清楚地说明本发明实施例或者现有技术中的技术方案，下面对本发明实施例或者现有技术中的相关技术方案附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅
仅为了方便清晰表述本发明的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员而言，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。
62.图1是本发明实施例中智能反射面对入射信号调控的示意图；
63.图2是本发明实施例中针对智能反射面测试系统的结构框图；
64.图3是本发明实施例中针对智能反射面测试系统的第一种实现方案的结构示意图；
65.图4是第一种实现方案中测试支架沿滑轨旋转一定角度后的示意图；
66.图5是本发明实施例中中针对智能反射面测试系统的第二种实现方案的结构示意图；
67.图6是第二种实现方案中测试支架绕旋转轴旋转一定角度后的示意图
68.图7是本发明实施例中中针对智能反射面测试系统的第三种实现方案的结构示意图；
69.图8是第三种实现方案中电磁探头沿滑轨滑动一定角度且二维测试平台绕水平和垂直方向旋转一定角度后的示意图图。
具体实施方式
70.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
71.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
72.在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
73.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
74.智能反射面由一个三层面板和智能控制器组成。其中，外层包括大量被印刷在介电基板上的金属片(元结构)，与入射信号直接相互作用；中间层使用铜板或者其他金属避免信号能量泄漏；内层是一个控制电路板负责调整每个元结构的反射振幅/相移，通过智能反射面的智能控制器控制其各个单元以改变接收信号相位。
75.参见图1，图1示意性地给出了智能反射面对于发射到智能反射面信号的调控情况，该智能反射面能够调控发射信号的相位和幅度信息，从而改变接收信号的信道，其中调制信号1和调制信号2是经过智能反射面调控之后的调制信号，其可以位于物理平面法相轴
的两侧，也可以位于轴的同一侧。图1中所述信号发射机主要为信号发生器，网络分析仪的信号源等可以发送调制或者未调制信号的设备；图1中所述信号接收机主要为频谱(信号)分析仪以及网络分析仪的接收通道等可以接收调制或者未调制信号的设备。
76.参见图2，图2示意性地给出了智能反射面测试系统示意图，所述系统包括：测试支架、测试台、电磁探头、信号发射设备、信号接收设备及数据处理分析模块。其中，测试台置于所述测试支架内部，测试台中心与测试支架中心重合；电磁探头设置在测试支架上，电磁探头口径指向所述测试台面中心。信号发射设备用于通过所述电磁探头发射调制或未调制的射频信号；信号接收设备用于通过所述电磁探头接收调制或未调制的射频信号。数据处理分析提取并分析待测智能反射面不同状态、多个角度下的电磁以及信号(信道)质量参数，实现对智能反射面性能的精确完整表征，可用于各种智能反射面/可重构智能反射表面的测试。
77.进一步作为可选的实施方式，电磁探头采用双极化探头，可以同时发射和接收信号。具体地，可以通过开关控制电磁探头的收发状态和极化方式，可以实现可以单发单收，单发多收或者多发多收。
78.进一步作为可选的实施方式，测试系统中的测试支架和测试台设置在暗室内。另外，测试支架主表面需覆盖吸波材料，以降低外部机构对测试结果的影响。
79.进一步作为可选的实施方式，在对待测智能反射面进行测试前，需要对测试系统进行校准的步骤：将校准标准板至测试样品台；通过控制电磁探头和信号发射和接收设备对标准板进行测试，将所得数据存到数据处理分析部分中作为后来待测智能反射面的参考值。
80.参见图3，作为一种可选的实施方式，智能反射面测试系统包括：测试支架1、电磁探头2、测试台3、信号发射设备、信号接收设备及数据处理分析模块。其中，测试支架1包括弓形支架和一个的圆形滑轨，该弓形支架一侧固定，另外一侧用轴承连接，可以绕圆形滑轨滑动，如图4所示。弓形支架上的固定轴和旋转轴共对称安装多只电磁探头2，如图3所示，本实施例中安装有10个电磁探头，分别固定在与水平面成等分或不等分的角度位置，例如图3中的15
°
，30
°
，45
°
，60
°
，75
°
等；测试台3台面的中心与所述弓形的中心保持重合；电磁探头2口径指向所述测试台面中心。信号发生器用于通过所述电磁探头2发射调制或未调制信号；频谱分析仪用于通过所述电磁探头接收调制或未调制信号；数据处理分析模块，提取并分析待测智能反射面不同状态、多个角度下的电磁以及信号(信道)参数，实现对智能反射面性能的精确表征。
81.基于上述的测试系统，具体的测试步骤如下：
82.s101、将待测智能反射面放至测试台。
83.s102、控制信号发射设备通过电磁探头发射调制或未调制信号。
84.s103、控制待测智能反射面的反射参数，以及用于接收信号的电磁探头的位置，以使频谱分析仪接收经所述待测智能反射面调制后的信号。
85.s104、控制开关，切换不同角度的电磁探头进行多次收发测试。
86.s105、控制旋转轴按规定角度进行转动，重复步骤s102-s104，数据处理分析模块保存数据。
87.s106、数据处理分析模块提取并分析待检测的智能反射面在不同状态、多个角度
下的电磁以及信号(信道)质量参数，实现对智能反射面性能的精确完整表征。
88.作为可选的实施方式，在移动电磁探头的位置以接收射频信号的步骤中，若电磁探头无法精准地接收到信号，则可能出现计算误差。控制弓形支架围绕着圆形滑轨进行360
°
滑动，实现信号扫描，从而获得精准的信号接收位置，并根据获得的位置进行误差计算。
89.参见图5，作为另一种可选的实施方式，智能反射面测试系统包括：测试支架4、电磁探头5、测试台6、信号发射设备、信号接收设备及数据处理分析模块。其中，测试支架4，采用了弧形支架，弧形支架的弧度大于90
°
。所述弧形支架左半圆支架固定不动，右半圆支架可绕中心轴最大360
°
旋转，如图6所示。左右支架对称安装若干电磁探头5，以等间隔或不等间隔排列在所述弧形支架上。测试台6测试台面的中心与所述弧形支架的中心保持重合；电磁探头5口径指向所述测试台面中心。信号发生器用于通过所述电磁探头5发射调制或未调制信号；频谱分析仪用于通过所述电磁探头接收调制或未调制信号；数据处理部分，提取并分析待测智能反射面不同状态、多个角度下的电磁以及信号(信道)参数，实现对智能反射面性能的精确表征。
90.基于上述的测试系统，具体的测试步骤如下：
91.s201、将待测智能反射面放至测试台。
92.s202、控制信号发射设备通过电磁探头发射调制或未调制信号。
93.s203、控制待测智能反射面的反射参数，以及用于接收信号的电磁探头的位置，以使频谱分析仪接收经所述待测智能反射面调制后的信号。
94.s204、控制开关，切换不同角度的电磁探头进行多次收发测试。
95.s205、控制旋转轴按规定角度进行转动，重复步骤s202-s204，数据处理分析模块保存数据。
96.s206、数据处理分析模块提取并分析待检测的智能反射面在不同状态、多个角度下的电磁以及信号(信道)质量参数，实现对智能反射面性能的精确完整表征。
97.在本实施例中，由于部分电磁探头设置在测试台的台面的下方，通过下方的电磁探头，可发射信号，可以测试智能反射面的透波性能。另外，在测试过程中可以将待测智能反射面立起来进行测试，可以有效地模拟不同应用场景进行测试，提高测试的有效性和多样性。
98.参见图7，作为另一种可选的实施方式，智能反射面测试系统包括：测试支架7、电磁探头8、测试台9、信号发射设备、信号接收设备及数据处理分析模块。其中，测试支架7，采用了水平弧形滑轨，所述弧形滑轨上安装了一对电磁探头，电磁探头8可在弧形支架范围内自由滑动。二维测试台9，测试台面的中心与所述弧形滑轨的中心保持重合，所述二维台面能在水平垂直平面内绕中心轴自由转动，如图8所示。电磁探头8，口径指向所述测试台面中心；矢量网络分析仪，用于通过所述电磁探头8发射或接收信号；数据处理部分，提取并分析待测智能反射面不同状态、多个角度下的电磁参数，实现对智能反射面性能的精确表征。
99.基于上述的测试系统，具体的测试步骤如下：
100.s301、将待测智能反射面放至二维测试台。
101.s302、控制矢量网络分析仪通过电磁探头发射调制或未调制信号。
102.s303、控制待测智能反射面的反射参数，以及用于接收信号的电磁探头的位置，以
使频谱分析仪接收经所述待测智能反射面调制后的信号。
103.s304、控制电磁探头滑动一定角度，进行多次收发测试。
104.s305、控制二维转台水平和垂直方向旋转一定角度，重复步骤s302-s304，数据处理分析模块保存数据。
105.s306、数据处理分析模块提取并分析待检测的智能反射面在不同状态、多个角度下的电磁以及信号(信道)质量参数，实现对智能反射面性能的精确完整表征。
106.综上所述，本实施例提供一种针对智能反射面的测试系统，系统中的测试支架或所述测试平台能够在自由空间固定或者沿规定轴转动，从而完成对被测空间球面内的扫描。通过分析提取并分析待测智能反射面不同状态、多个角度下的电磁以及信号(信道)质量参数，实现对智能反射面性能的精确完整表征，可用于各种智能反射面/可重构智能反射表面的测试。
107.在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
108.尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
109.以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于上述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。