Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

4.2.3
Directional Properties of Antennas
The isotropic antenna is neither practical (its ideal characteristic cannot be achieved
with a simple physical structure) nor particularly useful for satellites (due to its
low gain and inability to discriminate directions). What we rely on for receiving
and transmitting signals is the concept of directivity, which simply means that the
antenna has the ability to focus the energy in specific directions. Energy that would
have been radiated in unnecessary directions around the sphere is concentrated by
the structure of the antenna and redirected to increase the intensity in the desired
direction.
4.2.3.1
Directivity and Gain
The directivity in a given direction can be expressed as the ratio of the measured
signal to the maximum signal in the peak direction. The gain, on the other hand,
is an absolute measure, obtained by comparing the signal from the antenna to that
of an isotropic radiator. Our absolute measure of maximum gain could be as little
as 10 or greater than a factor of 1 million. When expressed in decibels, these
particular values would be 10 dBi and 60 dBi, respectively, where the ‘‘i’’ indicates
that the gain is with respect to our isotropic antenna. That implies that an isotropic
antenna has a gain of 0 dBi. There must be a fixed offset in decibels between the
absolute value of gain and the corresponding relative value of directivity, because
our definition of directivity is that it starts at a value of 0 dB at the peak and
follows the pattern in a negative-going sense for all other angles.
Another important property of an antenna is called reciprocity, which means
that the gain and the directivity are the same at a given frequency whether it is
used to receive or to transmit. That allows the antenna to receive with precisely
the same directional characteristics as it transmits. Figure 4.5 illustrates a simplified
antenna gain pattern for transmission or reception with a main beam (the region

---

116
Microwave Link Engineering