一种用于RIS空口测试的双探头墙测试系统及其测试方法

本发明涉及测试，特别是涉及一种用于ris空口测试的双探头墙测试系统及其测试方法。

背景技术：

1、近年来，随着超材料技术的快速发展，可重构智能超表面(reconfigurableintelligient surface，ris)技术因其具有通过灵活调控电磁波从而主动的改变无线信道环境的能力以及其低功耗、低成本的特点，被认为是最具潜力的6g(6th generation，6g)关键使能技术，也通常称为智能超表面、智能反射表面或无源大型智能表面。为了保持中国在尖端通信技术的领先地位，imt-2030(6g)推进组于2020年6月成立“智能超表面任务组”，涉及单位超过30家，包括各大高校、科研院所、运营商和通信设备厂商等。目前，中国在ris技术的理论研究、器件生产、原型系统开发等方面已居全球前列。可以预想到，随着参与ris相关技术研究的机构增多，对其研究的广度以及深度不断提升，ris面板的生产需求将快速增长。

2、通信设备厂商为保障所出厂的通信设备的质量，需要在产品研发、生产、验收等阶段对产品进行全面测试。由于空口测试能够在实验室环境中以灵活、可控、可重复的方式复现真实电磁环境，并无需线缆连接待测试设备天线端口，被业界认为是面向未来6g通信设备的最为可行的测试方法。目前，对于用户终端、基站以及卫星等设备的空口测试方法已经得到广泛研究和应用。但由于ris技术尚在研究探索阶段，面向ris的空口测试系统这一部分的研究还有待填补。随着ris相关技术研究的不断深入，以及未来ris面板的大规模推广和落地应用，业界将需要一套有效、快速的测试系统以保障出厂的ris面板对于电磁波的调控质量。

3、目前，尽管业界尚未提出专门针对ris的空口测试系统，但相关科研人员利用弓形法对ris的远场散射进行简易测试，弓形法测试技术最早是由美国海军实验室提出的，通常用于实验室的吸波材料反射率测试，也可以作为散射方向图的替代测试手段。该测试系统由弓形架、发射喇叭天线、接收喇叭天线、矢量网络分析仪、样品台、吸波尖锥组成。通过在弓形架上利用机械结构调整收发端喇叭天线的角度，以测量不同角度下ris的电磁调控特性。

4、此外，相关科研人员还在微波暗室中进行了ris相关特性的初步技术试验。相关试验基于收发端单喇叭天线的测量布局，用于测量ris电磁调控性能。在暗室中，矢量网络分析仪的输出端口和输入端口分别与发端喇叭天线和收端喇叭天线连接。通过发端喇叭天线向ris面板辐射的信号，在经过ris调控后会反射到收端喇叭天线，由矢量网络分析仪进行接收并计算相关参数。通过物理移动发端和收端喇叭天线的位置和ris的相位调控码本，可以大致测量ris对不同发射角度下电磁信号的调控特性。

5、由上述介绍可以看出，以上两种测试系统都基于喇叭天线进行设计，其中发射或接收信号由单个喇叭天线承担。然而，这种方式仅适用于ris相关特性的前期研究验证，不适用于应对未来ris面板大规模出厂的快速测量。以上传统方案至少具体有以下缺点：

6、1.由单个喇叭天线构成的收端无法精确测量ris反射波束的空域分布。

7、2.由单个喇叭天线构成的发端无法灵活控制电磁波到达ris板前的分布。

8、3.通过物理结构移动收发端天线来测量ris在不同接收和发射角度下的性能费时费力。

9、鉴于现有用于前期ris技术试验的基于收发端单个喇叭天线的测试验证布局不符合未来大规模生产ris面板的测试要求。业界需要一套更精确、更快速的ris专用空口测试系统，以满足未来ris面板大规模出厂的快速测量需求。

技术实现思路

1、本发明提出一种用于ris空口测试的双探头墙测试系统及其测试方法。

2、所述用于ris空口测试的双探头墙测试系统，包括微波暗室、发射端探头墙、接收端探头墙、待测ris面板、电控测试转台、调幅调相网络、端口切换器、矢量网络分析仪和主控终端；其中，待测ris面板被放置于电控测试转台之上，并置于微波暗室内的上部，微波暗室用于吸收电磁信号的反射、折射与散射，发射端探头墙和接收端探头墙分别置于微波暗室内的左侧和右侧，发射端探头墙用于向待测ris面板发送信号，接收端探头墙用于接收待测ris面板测试信号；调幅调相网络、端口切换器、矢量网络分析仪和主控终端置于微波暗室外侧，其中，主控终端的控制输出端口分别与待测ris面板、电控测试转台、调幅调相网络、端口切换器的控制端口电连接，主控终端与控制端口与矢量网络分析仪电连接，矢量网络分析仪的射频输出端口与调幅调相网络的射频输入端口电连接，调幅调相网络的射频输出端口与发射端探头墙的天线端口电连接，接收端探头墙的天线端口与端口切换器的射频输入端口电连接，端口切换器的射频输出端口与矢量网络分析仪的射频输入端口电连接。

3、进一步的，电控测试转台由电控系统、驱动电机和一个控制端口所组成，电控测试转台用于承载待测ris面板，电控系统为可编程逻辑控制器(programmable logiccontroller，plc)，plc通过电控测试转台的控制端口与主控终端的控制输出端口电连接，以使主控终端能够控制电控测试转台的电控系统，由驱动电机带动电控测试转台以及所承载的待测ris面板进行整体旋转，以提供更大范围的测试角度。

4、进一步的，发射端探头墙和接收端探头墙分别由若干双极化天线单元和探头墙支撑板所组成，其中，若干双极化天线单元规则排布于探头墙支撑板上。

5、进一步的，双极化天线单元为双极化贴片天线，每个双极化天线单元具有两个极化天线端口，发射端探头墙和接收端探头墙的覆盖范围大于测试ris面板所需求的发射与接收角度覆盖范围，探头墙支撑板为带有弧度的规则面板结构或平板结构。

6、进一步的，待测ris面板由若干ris电磁单元规则排布组成，待测ris面板具有控制端口，待测ris面板的控制端口与主控终端的控制输出端口电连接，以使主控终端能够控制待测ris面板依据相位测试码本进行相位调节。

7、进一步的，端口切换器能够电切换其射频输入端口，以在其不同的射频输入端口和射频输入端口之间搭建射频链路，端口切换器具有一个控制端口、若干射频输入端口和一个射频输出端口，端口切换器的若干射频输入端口分别与接收端探头墙上的各双极化天线单元的各极化天线端口电连接，以使端口切换器能够接收接收端探头墙的各双极化天线单元的各极化天线端口所馈送的赫兹信号，端口切换器的射频输出端口与矢量网络分析仪的射频输入端口电连接，以使端口切换器能够在其若干射频输入端口中选择一个射频输入端口并与其射频输出端口搭建射频链路，从而为矢量网络分析仪馈送赫兹信号，端口切换器的控制端口与主控终端的控制输出端口电连接，以使主控终端能够控制端口切换器切换指定的射频输入端口以搭建射频链路。

8、进一步的，调幅调相网络，用于调整其射频输入端赫兹信号的幅度与相位，并将调整后赫兹信号反馈至射频输出端，调幅调相网络具有一个控制端口、一个射频输入端口和若干射频输出端口，调幅调相网络的一个射频输入端口与矢量网络分析仪的射频发射端口电连接，以使调幅调相网络能够接收矢量网络分析仪发送的赫兹信号，调幅调相网络的若干射频输出端口分别与发射端探头墙上各双极化天线单元的各极化天线端口电连接，以使调幅调相网络能够为发射端探头墙的各双极化天线单元馈送调幅调相后的赫兹信号，调幅调相网络的控制端口与主控终端的控制输出端口电连接，以使主控终端能够控制调幅调相网络依照调幅调相码本对其射频输入端口所馈送的赫兹信号进行幅相控制，并馈送给其若干射频输出端口，从而调控发射端探头墙以形成所需的测试电磁环境。

9、进一步的，矢量网络分析仪，用于生成和接收赫兹信号，以进行传输、反射、阻抗测量及s参数测量，矢量网络分析仪具有一个通信端口、一个射频输入端口与一个射频输出端口，矢量网络分析仪的射频输入端口与端口切换器的射频输出端口电连接，以使矢量网络分析仪接收端口切换器所馈送的赫兹信号，矢量网络分析仪的射频输出端口与调幅调相网络的射频输入端口电连接，以使矢量网络分析仪为调幅调相网络馈送赫兹信号，矢量网络分析仪的通信端口与主控终端的通信端口电连接，以使矢量网络分析仪将测量数据传输至主控终端。

10、进一步的，主控终端是一种带有程序控制的专控设备，主控终端由处理器、存储器、若干控制输出端口、一个通信端口所组成，主控终端的若干控制输出端口分别与待测ris面板的控制端口、电控测试转台的控制端口、端口切换器的控制端口、调幅调相网络的控制端口电连接，以使主控终端能够控制待测ris面板、电控测试转台、端口切换器、调幅调相网络，以获取不同测试场景下的待测ris面板反射电磁波的幅相特性，主控终端的通信端口与矢量网络分析仪的通信端口相连接，以使主控终端接收矢量网络分析仪的测量数据。

11、进一步的，主控终端中的存储器包括随机存取存储器或非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器。

12、进一步的，主控终端中的处理器是包括中央处理器、网络处理器的通用处理器，还包括数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

13、在本发明另提供一种基于所述用于ris空口测试的双探头墙测试系统的测试方法，所述测试方法包括：

14、步骤1，主控终端控制调幅调相网络依据幅相控制测试码本对输入赫兹信号进行幅相控制并馈送至输出端；

15、步骤2，主控终端控制待测ris面板依据相位测试码本进行相位调节；

16、步骤3，主控终端控制电控测试转台旋转至指定测试角度；

17、步骤4，主控终端控制控制矢量网络分析仪和端口切换器进行数据采集；

18、步骤5，主控终端对采集数据进行处理，生成幅相码本测试图样，并与幅相码本标准图样进行比对，计算其均方根误差后并阈值，以快速判定待测ris面板是否满足出厂标准。

19、本发明所述用于ris空口测试的双探头墙测试系统及其测试方法的有益效果如下：

20、1.本发明所述基于双探头墙的ris空口测试系统的测试信号接收端采用接收端探头墙，接收端探头墙由多个空间分布不同的双极化接收天线单元所组成，多天线接收端能准确地反映出由待测ris面板反射的电磁波束的空域分布。

21、2.本发明所述基于双探头墙的ris空口测试系统的测试信号发射端采用接收端探头墙，接收端探头墙由多个空间分布不同的双极化发射天线单元所组成，多天线发射端能够利用波束赋形技术，灵活控制发射至待测ris面板前的电磁波分布，为ris面板提供更多、更灵活的电磁测试场景。

22、3.本发明所述基于双探头墙的ris空口测试系统，利用发射端探头墙和接收端探头墙能覆盖一定的收发角度范围的物理特性并采用电控转台装置，在不改变暗室物理布局的前提下，通过主控终端控制电控测试转台、端口切换器、调幅调相网络、待测ris面板、矢量网络分析仪，能够快速、灵活地对ris面板在不同收发角度下对电磁波的调控性能进行测试。