Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

Figure 8.7
Definition of the three axes of satellite change: roll, pitch, and yaw.

---

8.3
Spacecraft Bus Subsystems
267
directions. Motion about the third axis of the spacecraft (yaw) causes the antenna
pattern to twist with respect to the Earth and therefore represents a third error-
prone direction of motion. A benefit of the standard ACS approach is that yaw
error is automatically removed in one-quarter orbit (6 hours later for GEO) because
yaw error turns into roll error at that point. For coverage regions some distance
from the equator, yaw can be nearly compensated for by east-west and north-
south ACS control.
Examine the antenna coverage of Mexico in Figure 8.8, which is based on the
shaped beam antenna design described in Chapter 7. The pattern provides
30 dBi of gain (the black contour) over the Mexican landmass and reaches
33.5 dBi at the peak. The approach commonly used to evaluate antenna pointing
error is to employ circles or boxes with dimensions corresponding to the maximum
pointing error anticipated. Because Mexico is considerably north of the equator,
yaw error has been broken down into east-west and north-south components,
which are already included. In the example, the ACS pointing error is assumed to
be
±
0.10 degree in both directions, which makes the error box 0.2 degree on each
side. The conservative (worst case) approach is to use boxes at the test points
(circles can be used under the assumption that north-south and east-west errors
are uncorrelated). The circles then are placed at critical locations such as key cities
or at points along the border of the region or country being served. In Figure 8.8,
error circles have been placed at Mexico City as well as two points along Mexico’s
coast that protrude into the water. The Mexico City circle shows that the gain at
that point nominally will be 32 dBi but can be expected at times to decrease as
much as 0.5 dB (obtained by interpolation between the 32- and 30-dBi contours).
The lower right circle (located at the tip of the Yucatan Peninsula) shows that even
with maximum error, a gain of 30 dB is maintained. However, the error circle at
the left (Pacific coast) extends outside the contour; therefore, the gain at times will
drop below 30 dB. As an alternative to using boxes or circles, the size of the map
of Mexico can be increased by the extent of the maximum pointing error.
Figure 8.8
Spacecraft antenna gain performance in decibels indicating how pointing error is taken
into account.

---

268
Spacecraft Mission and Bus Subsystems
This procedure is used to compare the predicted performance of the spacecraft
to the specification. While values of gain are shown in Figure 8.8, it is more
appropriate to label the contours with EIRP and G/T, determined in accordance
with the procedures given in Chapter 4. That then brings into play the combined
performance of the communications payload and attitude-control system.