论文笔记（七）：隧道二极管反射放大器

文献基本信息

• 题目：A 45μW Bias Power, 34 dB Gain Reflection Amplifier Exploiting the Tunneling Effect for RFID Applications
  • 一种45μW偏压电源功耗的34dB增益反射式放大器，使用隧道效应，用于RFID应用
• 发表于《2015 IEEE International Conference on RFID (RFID)》
• 作者来自佐治亚理工学院

摘要提取

使用隧道二极管设计了一种反射放大器，实际制造并测试了两个隧道二极管在上面的表现。

电路结构

如图所示，左侧馈入射频信号，经过DC Block去除直流偏置后送到隧道二极管阳极；隧道二极管阴极接地；右侧提供直流偏置电压，通过一个RF choke抑制交流分量。

隧道二极管

隧道二极管是以隧道效应电流为主要电流分量的晶体二极管。它跟普通二极管一样由p-n结构成，但是结电压阈值很低，掺杂浓度很高，因此会发生量子隧穿现象，在极低的正向偏置电压下可以形成较大的正向电流，在稍高的正向偏置电压下正向偏置电流却稍小，形成一个负阻区域，如图所示：

反向放大器

在论文笔记（六）中，我们分析过负电阻可以用来制作反射放大器。因此，给隧道二极管提供合适的偏置电压使其工作在负阻区，就可以用于制作反射放大器。

文章介绍了两种测试设备搭建配置：一种使用矢网，直接测试反射信号；另一种使用信号源与频谱仪，需要通过环形器分离输入与输出通路。

使用隧道二极管制作的反射放大器工作的偏置电压很小（几十毫伏级别），获取的能量有限，因此压缩点很低。下图给出了增益与输入功率的曲线：

在输入-50dBm的情况下，两种隧道二极管分别的S11曲线如下图所示：

在两种隧道二极管各自的最佳工况下，回波增益如下图所示：