Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

Figure 1.29
Rain attenuation as a function of frequency for different ground elevation angles.
thickness of rainfall. Consequently, elevation angles of 30 degrees or greater are
preferred for Ku-band frequencies and higher. Another important variable is the
local climate: deserts are less affected than tropical regions. In general, the need
for greater power margin at Ku-band tends to reduce some of the benefits obtainable
by virtue of the higher satellite powers permitted by international regulations. A
proper design at Ku-band still can deliver a quality TV, voice, and data signal that
is maintained for a satisfactory period of time. Only for those regions with the
highest rainfall, such as a tropical rain forest, and where there is a high incidence
of thunderstorms, would Ku-band tend to be less practical than C-band.
1.4.5
Millimeter Wave and Higher: Ka-, Q-, and V-Bands
Beginning at around 20 GHz and extending to suboptical frequencies, we find the
millimeter-wave spectrum range. These frequencies were viewed as the domain of
the researcher until around 1970, when satellite planners began to look ahead to
the time when the C- and Ku-bands would be heavily used. Also, they saw some
unique applications that might employ the greater bandwidth and smaller wave-
lengths that came with these allocations. First to be considered was Ka-band,
with its 30/20-GHz allocations and about 2.5 GHz of available spectrum. The
frequencies above about 40 GHz, designated as Q- and V-band, are now being
evaluated for space and ground applications because of the wide bandwidths.
During heavy rainstorms, the atmosphere will appear to be nearly opaque at these
frequencies, so applications must allow for some periods of total outage.
There is a potential for the use of Ka-band (30/20 GHz) for commercial applica-
tions in cases where C- and Ku-bands are fully occupied. During the 1970s, the
Japanese space agency, NASDA, in conjunction with the government-owned tele-
communications company, NTT, launched some experimental communications
satellites that operate in the Ka-band frequency range. The experimental links
generally showed that the ample bandwidth that was allocated could in fact be

---

36
Fundamentals of Satellite Systems
used under certain circumstances. Severe rain attenuation at these high frequencies
may require that a given Earth station include two receiving sites separated suffi-
ciently so that only one is heavily affected at a time. This principle of diversity
reception allows the downlink to be switched to the site with the acceptable signal.
That works because the most intense part of the storm is smaller than the spacing
between receiving sites. In the United States, NASA experimented at 30/20 GHz
with the Advanced Communications Technology Satellite (ACTS). The ACTS dem-
onstrated a series of interesting and possibly useful applications in the area of high-
speed data transfer and mobile communications, all at Ka-band. A kind of frequency
‘‘land rush’’ developed in the mid-1990s in the United States, when several compa-
nies filed applications for spectrum and GEO orbit positions with the Federal
Communications Commission (FCC). At the time of this writing, only two of
these systems actually reached orbit. The U.S. government also purchased Ka-band
satellites for military use. Prospects for advanced Ka-band systems are reviewed
in Chapter 2.