Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

7.3
Antenna Patterns
For most spacecraft antenna systems, the feedhorn works with a reflector of some
sort to produce the desired coverage pattern. At the top of Figure 7.19, a reflector
is illuminated with microwave energy by a single feedhorn located at the focus.
The feedhorn has a radiation pattern (indicated as the shaded area in front of the
reflector), which has a maximum along the centerline and decreases in intensity
toward the edge of the reflector. The specific manner in which the intensity is
adjusted is called the taper. As you will recall, the primary illumination produces
a corresponding distribution of electrical currents across the reflector surface. The
currents reradiate their energy toward the front of the reflector, resulting in the
desired secondary pattern in the far field of the antenna. Energy not radiated
Figure 7.19
Illumination of a parabolic reflector by a waveguide horn producing a secondary
pattern, which contains a main beam and sidelobes.

---

252
Spacecraft Antennas
is dissipated through the electrical resistance of the reflector metal (or metallic)
surface.
The far-field pattern of a reflector antenna system is a two-dimensional Fourier
transform of the horn illumination. That statement has meaning to electrical engi-
neers and points out that reflector antennas share a mathematical property with
pulse spectra. An example of a secondary pattern is shown at the bottom of
Figure 7.19. The main lobe in the center provides the desired coverage, a concept
introduced in Chapter 1. Visualize that the peak of the lobe is pointed at the center
of a country to be covered. The main lobe extends across an angular dimension,
⌰
3dB
, which roughly corresponds to the width of that country. The parameter
⌰
3dB
is the 3-dB beamwidth, defining the point where the gain of the antenna is 3 dB
down (i.e., one-half the power) from the peak. That natural characteristic of an
antenna beam explains why reception from domestic satellites generally is better
in the center of the country than at the borders. Real antenna patterns are shaped
to match the desired service area.
The secondary pattern shows sidelobes located on either side of the main lobe.
The sidelobes represent signal energy taken from the main lobe that radiates into
adjoining regions on the Earth. An example of sidelobes used to cover the Canary
Islands of Africa is provided in Figure 7.20. Sidelobes, of course, are potential
sources of radio interference to and from Earth stations in the geographic regions
where they fall. In satellites that use multiple beams to reuse frequency, it becomes