Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

Figure 4.13
Variation of the received carrier power on a microwave link during a period of severe
fluctuation (fading).

---

4.2
Propagation on the Earth-Space Link
125
Table 4.3
Comparison of Significant Propagation and Fading Modes and Resulting Losses That Affect
Microwave Links over GEO Paths (Values Are Rough Order of Magnitude, in Decibels)
Propagation
Relative Importance
L-Band
C-Band
Ku-Band
Ka-Band
Mode
on Satellite Links
(
1.6/1.5 GHz
)
(
6/4 GHz
)
(
14/12 GHz
)
(
30/20 GHz
)
Free space
Dominating factor
187
196
205
210
downlink
Atmospheric
Relatively small and
0.1
0.2
0.3
0.5
nearly constant at
high elevation angles
Rain attenuation
Severe as frequency
0.1
0.5
2
6
and elevation angle
increases
Refraction
Significant at times at
6
3
2
1
low elevation angles
Scattering
Produces local RFI
Diffraction
Considered for
6 to 12
mobile links without
line of sight
Ionospheric
Occasional wide
3 to 6
1 to 3
<
1
scintillation
signal variation
(multipath)
Doppler
Frequency shift for
moving vehicles or
satellites
The free-space path loss, which would be in the denominator of the preceding
equation, is
a
0
=
(4
␲
R
/
␭
)
2
where
␭
=
the wavelength in meters and
R
=
the path length in meters.
Substituting frequency for wavelength (e.g.,
f
=
c
/
␭
) and converting to decibels,
we obtain the following basic relationship for free space loss:
A
0
=
183.5
+
20 log (
f
)
+
20 log (
R
/35,788)
where
f
is the frequency in gigahertz and
R
is the path length in kilometers. (The
multiplier of 20 for the log accounts for the squaring of the terms within the
brackets.)
This formula is plotted at three downlink frequencies as a function of path
length in Figure 4.14. The figure illustrates the basic free-space loss that must be
countered as a function of the particular orbital configuration. In particular, we
see a fundamental difference of 30 dB between GEO and LEO satellite systems.
4.2.5.2
Absorption
RF energy is absorbed to some extent (and converted into heat) as it passes through
clear air, water vapor, and smog. The impact of frequency of operation is shown
in Figure 4.15 for an Earth station at sea level and transmitting or receiving at an

---

126
Microwave Link Engineering