Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

4.2.5
Propagation Losses
The free-space path between transmitter and receiver may pass through a combina-
tion of ground obstructions and atmospheric phenomena. They can be divided into

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Microwave Link Engineering
those that are constant (and usually predictable) and those that are both time
variant and random (which may be estimated statistically). Taken together, these
losses reduce the strength of the received signal and can cause its level to vary over
time even to the point where the signal fades away. This is illustrated in Figure
4.13, which shows received signal power (signal level) as a function of time during
a period of rapid variation (fading). The mean signal level results from the constant
and predictable losses on the link; the random losses cause the level to decrease
and occasionally drop below the acceptable threshold. When the signal dips below
that threshold, it could become unusable for communication purposes because of
excessive noise and, in the case of digital links, an undesirable high error rate and
ultimately a loss of synchronization as well. The difference in decibels between the
mean level and the threshold is called the link margin, which is discussed at the
end of this chapter.
Table 4.3 summarizes the primary losses that must be determined and accounted
for in any microwave link design. The table compares typical downlink values for
L-, C-, Ku-, and Ka-bands. Certain losses are critical in all satellite systems, while
others are of concern only in specific cases.
4.2.5.1
Free-Space Loss
We already have covered in some detail the mechanism for free-space loss, which
diminishes signal strength due to distance alone. For 1 m
2
of effective antenna
area, the captured energy is simply
P
r
=
P
t
/4
␲
R
2
where
P
t
=
the radiated power in watts and
R
=
the distance in meters.
The typical distance from a point on the Earth to a satellite in GEO is 36,000
km (22,300 miles).
This relationship, which should be recognized from the previous discussion of
isotropic radiation, does not depend on frequency. It is a common practice to
introduce frequency into the equation by splitting apart the propagation loss from
the gain of the receiving antenna (here assumed to have an effective area of 1m
2
).