Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

Figure 6.24
A nine-channel dielectric Ku-band input multiplexer. (Courtesy of COMDEV
International.)

---

226
Spacecraft and Repeater
Figure 6.25
(a, b) Requirements for input multiplexer.
That variation appears as a rounding of the edges of the passband, a ripple within
the passband, or a combination of both. The out-of-band portion of the characteris-
tic shown in Figure 6.25 is more representative of real filters, where the loss increases
rapidly starting at the edge of the passband until a point of maximum loss is
reached. Beyond that point, the out-of-band loss can decrease but generally stays
above some minimum level, which is called the out-of-band rejection.
A well-designed filter has low insertion loss, a reasonably flat passband, rapidly
increasing attenuation at the edge of the passband, and high out-of-band rejection.
Another important property is delay distortion (also called group delay), which
was mentioned as an impairment in Chapter 5 and earlier in this chapter. Taken
together, those characteristics represent tradeoffs in filter design and construction.
For example, rapidly increasing attenuation at the edge of the passband requires
that many filter sections (which are resonant cavities) be used, which increases
both the insertion loss and the delay distortion. (See Figure 5.25 for examples of
both characteristics for a real input filter.) A delay equalizer can be included to
reduce delay distortion.
Combining several filters into a multiplexer implies the overlaying of their
individual frequency responses, as shown at the bottom of Figure 6.25. The two
filters in that ideal multiplexer are each tuned to different center frequencies corre-
sponding to two transponders. The slight gap between the passband (the guardband)
is necessary to prevent repeater multipath, which occurs when a signal on the edge
of one channel finds a second path through the adjacent channel filter. If not
adequately attenuated, repeater multipath can cause problems in the operation of
the communications payload, such as tilted transponder passbands and frequency-
selective valleys in the antenna coverage pattern.
Another problem is multiplexer spurious response, which is the leakage of
power through a multiplexer on undesired frequencies. Again referring to Figure

---

6.4
Standard Repeater Elements
227
6.25, the amount of loss at the point where the filter skirts cross over is important
to the design of the multiplexer. The greater the loss at that point, the easier it is
to match the actual performance of the multiplexer to theory. The loss at the cross-
over can be significantly increased by splitting the channels into two groups, with
each group on one multiplexer having every other channel. That is why there are
odd-numbered frequency channels in the actual multiplexer design shown in Figure
6.23. One group would consist of the odd-numbered frequency channels (the
darkened curves at the bottom of Figure 6.25), while the other would consist of
the even-numbered channels (the dotted curve). That greatly improves the cross-
over performance of the multiplexer because an entire empty channel now lies in
the gap.
The actual filters used in the input multiplexer have evolved over the past 30
years. In the first generation, waveguide cavity filters were made of rectangular
waveguide sections, which tended to be heavy and somewhat less stable over a
typical spacecraft temperature range. Second-generation input filters were con-
structed from coaxial structures, which are much more compact and can include
temperature compensation. An example of such a filter is shown in Figure 6.25.
Materials used in both cases evolved from Invar, a very stable metal alloy, to
aluminum with temperature compensation, to even graphite-plastic composite in
some cases. Another improvement is to reduce the group delay through delay
equalization built into the filter itself.
The output multiplexer is constructed a little differently and without the use
of a lossy circulator chain. Each filter is attached to a section of waveguide called
a manifold. Without circulators to provide isolation, the filters must be positioned
in accordance with wavelength along the manifold and manually adjusted (tuned)
as an integrated system. A drawing of a circular waveguide cavity filter is shown
in Figure 6.26. The corresponding block diagram of the multiplexer is shown in
Figure 6.27. This approach is less effective against multipath and provides very
little out-of-band filtering of intermodulation products or other undesired radiation.
This situation is driven by the need for low insertion loss, which demands fewer
filter sections and a more gentle slope of the out-of-band rejection.
Improvements in filter design have produced the contiguous multiplexer, which
contains filters on adjecent channels (e.g., without the odd-even split). It has the