Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

Figure 9.10
Typical DBS home TVRO (
Source:
Courtesy of Sony.)
as well. While the figure shows a single feed and LNB, configurations with up to
three feed-LNB combinations (to view three orbit positions) are available on the
market.
9.3.2
Antenna Beam Pointing
The relatively narrow beamwidth provided by a fixed Earth station antenna results
in some variation in signal strength as either the satellite or the antenna physically
moves with respect to each other. As discussed in Chapter 4, the 3-dB beamwidth
of an antenna defines the angle for which the gain will be one-half its peak value
(or 3 dB down from maximum). For a GEO satellite, the antenna can be fixed to
its mount as long as the stationkeeping error is well within the 3-dB beamwidth
(more typically 0.5 dB). If that is not the case, some form of tracking will be
needed.
Many antenna mounts are configured like an artillery piece, with adjustments
being provided for azimuth (0 to 360 degrees) and elevation (0 to 90 degrees).
That makes sense if the antenna must be capable of pointing anywhere in the sky,
which is the case for antennas used to track a satellite in transfer orbit or for
LEO operations. In moving the antenna between GEO satellites, the azimuth and
elevation axis have restricted pointing ranges and must be adjusted in a coordinated
way. For example, the mount may limit its travel to a 60
°
azimuth arc. Another
common design for GEO satellites is the polar mount, named for the fact that the
main axis of rotation is aligned with that of the Earth (e.g., pointed toward the
poles). The reflector then can be moved from satellite to satellite by rotation along
one axis.
9.3.3
High-Power Amplifiers
The performance of an Earth station uplink is gauged by the EIRP, the same
parameter that applies to the satellite downlink. As discussed earlier, the EIRP is

---

9.3
Radio Frequency Equipment
303
the product of the HPA output power, the loss of the waveguide between HPA
and antenna (expressed as a ratio less than 1), and the antenna gain. The result is
expressed in decibels relative to 1W, so it also is convenient to add the component
performances in decibel terms. For example, an EIRP of 80 dBW results from an
HPA output of 30 dBW (i.e., 1,000W), a waveguide loss of 2 dB, and an antenna
gain of 52 dB. Since the dimensions of an Earth station antenna are not subject
to the physical constraints of the launch vehicle, the diameter and, consequently,
the gain can be set at a more convenient point. That could be the optimum, which
occurs where the cost of the antenna plus HPA is minimum. In VSATs and small
UTs, HPA power must be held to an absolute minimum to save cost and minimize
radiation, so the optimization usually is reversed to rely on the satellite G/T and
EIRP to produce a satisfactory link. Antenna size or diameter may also be con-
strained by the location, such as the vehicle system in Figure 9.7.
Figure 9.11 presents a tradeoff curve for the design of an Earth station uplink
for use in full transponder digital video service (in C-, Ku-, or Ka-band). To deliver
an EIRP of 80 dBW, the curve gives the requisite antenna diameter and HPA power.
An allowance of 2 dB for waveguide loss has been made in the curve. At Ku-band,
relatively low HPA powers (less than 200W) are acceptable with antennas 6m in
diameter or greater. To be able to employ a more compact reflector of 3m in
diameter (typical for a truck-mounted transportable Earth station), the HPA must
be capable of outputting 1,000W. There is an additional problem with the smaller
diameter antennas, namely, the excessive power also will be radiated through the
antenna sidelobes, producing unacceptable interference in the adjacent satellite.
Also, these numbers do not allow for Ku- or Ka-band uplink power control (UPC)
which requires up to 10 dB of HPA power margin.
The discussion of HPA technology in Chapter 4 provides another perspective
with which to evaluate the tradeoff in Figure 9.11. Sufficient antenna size permits
the use of lower powered, less expensive HPAs. In FDMA services, it is possible
to use an SSPA to achieve the required Earth station EIRP for a single carrier
provided sufficient antenna gain is available. Likewise, a klystron HPA could be
avoided if the power for video service is less than 600W, which is possible in the