In this article, we present the analysis, design, and implementation of a wideband 10-W monolithic microwave integrated circuit power amplifier (PA), fabricated in a low-cost 0.1- $\mu \text{m}$ gallium nitride (GaN) on Si technology. The design is focused on the realization of a low-loss and wideband impedance transformation networks across 2–20 GHz using a reactive matching (RM) technique. The two-stage GaN PA achieves an average output power of 40.1 dBm and a peak output power of 41.6 dBm at 13 GHz, in the CW-mode operation, with a small-signal gain of $S_{21} > 25.5$ dB over the entire bandwidth. The average power-added efficiency (PAE) is 21%, with a peak PAE of 29% at 6 GHz. The PA chip occupies an area of $2.9\times 2.6$ mm². To the best of our knowledge, the PA presented in this work demonstrates the highest broadband gain among the reported GaN-based RMPAs with a corresponding output power of about 10 W.

中文翻译：

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采用无功匹配技术的 2-20GHz 10W 高效 GaN 功率放大器

在本文中，我们介绍了一种以低成本 0.1-W 制造的宽带 10 W 单片微波集成电路功率放大器 (PA) 的分析、设计和实现。 $\mu \text{m}$ Si 上的氮化镓 (GaN) 技术。该设计的重点是使用无功匹配 (RM) 技术在 2-20 GHz 范围内实现低损耗和宽带阻抗转换网络。在 CW 模式下，两级 GaN PA 在 13 GHz 下实现了 40.1 dBm 的平均输出功率和 41.6 dBm 的峰值输出功率，小信号增益为 $S_{21} > 25.5$ dB 在整个带宽上。平均功率附加效率 (PAE) 为 21%，6 GHz 时的峰值 PAE 为 29%。PA芯片占用面积为 $2.9\乘以 2.6$ 毫米²。据我们所知，这项工作中提出的 PA 在已报告的基于 GaN 的 RMPA 中表现出最高的宽带增益，相应的输出功率约为 10 W。