Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

Figure 7.21
Relationship between diameter and beamwidth at C-, Ku-, and Ka-bands (downlink
frequency assumed).

---

254
Spacecraft Antennas
Figure 7.22
Generation of a shaped beam antenna pattern using multiple feedhorns and an
associated feed network.
of the individual secondary patterns. In the case of reception, the same signal
coming from the three horns is summed up in the feed network.
Beam shaping is a powerful technique for increasing the effectiveness of a
communications satellite. In Figure 7.23, the coverage of Mexico provided by a
single elliptical beam is compared with a shaped beam coverage from combining
four nearly circular beams (indicated as the shaded area). Both the single and the
shaped beams cover the entire Mexican land mass. However, the single beam
radiates a substantial fraction outside Mexico, which represents a loss of about
half the available signal power. In comparison, the shaped beam provides a relatively
tight fit of Mexico, giving as much as 3 dB more gain at the edge of coverage,
compared to the single elliptical beam.
Figure 7.23
Spacecraft antenna coverage of the Mexican land mass demonstrating that a shaped
beam is more efficient than an elliptical beam.

---

7.4
Direct Radiating Array Antennas
255
The overall communications performance in terms of EIRP and G/T depends
on the spacecraft bus as well as the repeater and the antenna system. Some additional
margin must be provided to allow for movement of the antenna caused by small
changes in spacecraft attitude. As a result, there are periods of time when the gain
at the edge of coverage is reduced relative to the nominal (properly pointed)
value and times when it exceeds nominal as well. Most communications links are
conservatively designed for the worst case, when the pointing error goes in the
wrong direction. To take that into account, the points that represent the specified
coverage area are extended outward to represent the worst cast. As a result, the
minimum required EIRP and G/T automatically include the loss due to pointing
error. An example is presented in Figure 8.8. Alternatively, the pattern could be
shrunk to match the worst-case error.