Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

Figure 4.5
Gain of a high-gain antenna expressed as a power ratio and presented as a 360-degree
polar plot.
of maximum directivity) oriented toward the right. For comparison, the uniform
pattern of an isotropic source is superimposed to scale on the directional antenna
pattern. In addition to a main beam, every real antenna operates in undesired
directions, shown in the figure as a pair of sidelobes and a backlobe. The maximum
gain, also called the peak gain, is indicated at the center, and the backward direction
is indicated at
±
180 degrees.
4.2.3.2
Beamwidth and Sidelobes
There are a number of other useful definitions of antenna performance besides the
peak gain. The half-power beamwidth (often called simply the beamwidth) is the
angular width of the main beam measured between the points where the power
intensity is one-half that of the peak. An equally accurate name that is often used
is the 3-dB beamwidth, since the half power point is where the directivity is 3 dB
down. Assuming that the microwave link can still function with a 3-dB decrease
in signal strength, the half-power beamwidth defines the range of antenna pointing
(alignment angle) over which the antenna or satellite can move. It is a common
practice, however, to allow only a 0.5-dB (12%) drop in signal power, which
demands either tighter antenna pointing accuracy or satellite position control.
When installed at an Earth station, the antenna is attached to a mount, which
may allow the beam to be repointed. Simple RO antennas used for direct reception
usually are fixed to their mounts and need only be pointed toward the satellite
when initially installed. Movable antennas usually have motorized mounts to allow
remote repointing; that could also be part of an automatic tracking system to
initially locate (acquire) a satellite and to keep the beam aligned with (track) the
satellite. It is normal to refer to the elevation angle of the direction of pointing,
where zero is for pointing at the horizon and 90 degrees corresponds to directly
overhead (zenith). The mount also points the antenna in azimuth, that is, along
the directions of the compass. Most mounts work directly in terms of elevation
and azimuth, but some are polar and behave like an astronomer’s telescope. The
advantage of a polar mount is that it can repoint along the equatorial orbit plane
by adjusting only one axis.
Presentations of antenna performance are called antenna patterns and are
illustrated in Figure 4.6 (a hypothetical example) and Figure 4.7 (a real 10-m
antenna) in terms of gain and directivity, respectively. Almost every antenna has
a backlobe in the opposite direction from the main beam. However, as shown in
Figure 4.6, the gain of the backlobe can be made to be less than unity, in this case,
producing a negative gain of
−
2 dBi or lower. Sidelobes and backlogs are important

---

4.2
Propagation on the Earth-Space Link
117