Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

9.2.2
Receive G/T
The figure-of-merit of overall Earth station performance in the downlink is the
G/T. G/T is the ratio of the antenna gain (itself as a ratio) to the total system noise

---

296
Earth Stations and Network Technology
temperature (in Kelvin, which is with respect to absolute zero) of the receiving Earth
station, converted to decibels per Kelvin. The contributors to G/T are indicated in
Figure 9.3. Again,
l
r
is a factor greater than 1, and 1/
l
r
is the transmission factor
(e.g., less than 1). Higher antenna gain improves sensitivity as does lower noise,
hence the use of a ratio. The G/T of the station is used in link budget calculations
(discussed in Chapter 4) to compute the ratio of carrier to noise. In general,
Earth station downlink performance can be adequately measured and optimized
by consideration of the G/T figure.
The figure of merit (G/T in dB/K) of a C-band Earth station is plotted in Figure
9.4 as a function of antenna diameter for three common levels of LNA noise
temperature: 30K, 70K, and 110K. We assume that the antenna temperature in
each case is a typical value of 40K, common for parabolic reflectors at elevation
angles greater than about 20 degrees. The other factors that make up G/T consist
Figure 9.3
Definition of Earth station receive G/T, indicating how noise contributes to performance.
Receiver gain, G
re
, is sufficiently high to reduce the downstream noise (due to down-
conversion and so forth) to less than the equivalent of 1K.
Figure 9.4
Earth station receiving figure of merit (G/T) at C-band as a function of antenna diameter
and system noise temperature.

---

9.2
Performance Requirements
297
of the noise contribution and loss of the connecting waveguide (assumed to be
0.2 dB), as indicated in Figure 9.3. An observation from Figure 9.4 is that 40K
reduction in system noise temperature (i.e., selecting an 80K LNA over a 120K
model) allows the use of a 7-m antenna instead of a 9-m antenna.
Larger diameter antennas are expensive to build because of the structural
strength needed to maintain reflector alignment, particularly in high wind. Also
significant is the effect on gain of surface accuracy, which is the accuracy with
which the surface fits a true paraboloid (e.g., the surface obtained by rotating an
ideal parabola about its axis). Likewise, the mount and the motor drive must
withstand greater antenna weight and wind load to keep the beam pointed in the
proper direction. The cost of an antenna increases rapidly with the diameter,
following an exponential relationship. For example, doubling of the diameter from
5m to 10m (a 6-dB increase in gain) can increase cost by a factor of 10 or greater.
Cost consideration generally encourages the system designer to use the smallest
antenna with an appropriate LNA to achieve the necessary G/T. If the station is
to transmit as well as receive, there is a lower limit on antenna size imposed
by the highest available HPA power. Another consideration is adjacent satellite
interference, where a larger antenna could be required for isolation reasons.
The G/T performance of small antennas is defined in precisely the same manner
as for the large Earth station. Terminals with reflector antennas, like VSATs and
TVROs, literally are miniature versions of their bigger cousins but are only able
to deliver G/T consistent with their receive gain. A more complex situation exists
for the hand-held UT to be used in non-GEO MSS services, since the antenna
points in many directions at the same time. Here, the antenna temperature often
is over 100K, due to pickup from the ground and local obstructions. The G/T is
a negative number due to low antenna gain.