Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

7.2.2
Offset-Fed Parabolic Reflectors
The offset-fed parabola, illustrated at the bottom of Figure 7.10, eliminates feed
blockage and substantially reduces reflection of energy from the reflector back into
the feed. While the physical characteristics have less symmetry and require more
careful design and manufacture, experience has produced very efficient and high-
performing spacecraft antennas of this class. The offset reflector permits placement
of feeds much closer to the repeater electronics and suppresses sidelobe levels that
would result from feed blockage. Subsequently, nearly all bent-pipe type satellites
adopted the offset reflector type of design, taking advantage of the fact that the
reflector can be stowed for launch by simply folding it directly on top of the
spacecraft, as illustrated in Figure 7.16.
The specific dimensional characteristics of the offset reflector are shown in
Figure 7.17. There are a few potential technical drawbacks of the offset approach,
the majority of which can be overcome through certain design optimizations and
device selections. The first is that the offset parabola experiences some efficiency
Figure 7.16
Stowed offset reflector antennas for Anik F2. (
Source:
Boeing.)

---

250
Spacecraft Antennas
Figure 7.17
Offset-fed parabolic reflector with feed and feed support located so as not to produce
blockage.
loss because the beam is tilted slightly upward from optimum. An illustrative
example of how gain performance would degrade as the beam is offset from boresite
is plotted in Figure 7.18. Gain reduction, which increases more rapidly as one
moves away from boresite by multiples of the beamwidth, is the result of beam
defocusing. For example, moving a 1-degree beam by 4 degrees causes about a
25% loss of gain for F/D
=
0.35. This is equivalent to 1 dB of gain reduction. Any
such gain loss usually is countered, to some degree, by the complete elimination
of feed blockage. The second effect is on sidelobe levels and cross-polarization,
which are different depending on which direction one looks from boresite. Some
of that can be controlled through proper selection of feed type and dimensions,
including the use of more polarization-pure designs like the corrugated horn.
Another concern is cross polarization isolation, which could be degraded by the
Figure 7.18
Gain degradation due to beam offset. F/D is the ratio of focal length to diameter, a
value of 0.35 being typical.

---

7.3
Antenna Patterns
251
lack of circular symmetry of the antenna system. That can be controlled by proper
selection of the feedhorn and its placement relative to the reflector.
Finally, in CP offset reflector antennas, there is a slight effect on ‘‘squint’’ of
the beam to one side or the other. The direction depends on which sense of CP is
used: left-hand or right-hand. This has an impact on the deployment of transponders
on particular satellites and could result in using twice the number of reflectors.
Another important consideration is the deformation of the reflector surface
and feed support from differential solar heating and the resulting thermal expansion.
That misshapes the reflector, causing the pattern to distort. Deformation of the
feed support relative to the reflector causes the beam to mispoint. Two solutions
are available: make the antenna less sensitive to thermal effects (e.g., prevent
temperature variation) or provide a mechanism to continuously realign the reflector
on orbit.