Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

Figure 4.9
Linear polarization of microwave radiation from vertically and horizontally polarized
feed horns.

---

4.2
Propagation on the Earth-Space Link
121
property of a simple horn provides a radiation taper used in the design of horn-
fed reflector antennas. In any case, the radiated electromagnetic wave is linearly
polarized, just like that from a vertically oriented dipole. The polarization can be
changed to horizontal simply by rotating the horn and waveguide by 90 degrees.
As with wire antennas, maximum coupling occurs when the transmitter and
receiving horns are co-polarized. If one horn is rotated 90 degrees with respect to
the other, minimum energy transfer (coupling) results and they are said to be cross-
polarized. The performance of LP at intermediate points follows a simple law: The
relative energy coupled is equal to the square of the cosine of the angle. That
characteristic is plotted at the left of Figure 4.10 for the copolarized case, that is,
for the level of signal received as the receiving antenna is rotated from maximum
coupling to minimum coupling. An ideal LP wave and antenna are assumed, for
which the coupling goes from a maximum of 1 to a minimum of zero. Maximum
coupling always occurs at some angle, and minimum coupling is as close to zero as
physically possible. Properly designed and installed antennas can deliver minimum
coupling values of 0.0001, or
−
40 dB. Larger structures that are highly symmetrical
in the direction of radiation can even exceed that value. However, due to slight
misalignments and other imperfections, values in the range of 30 to 40 dB are
more typical.
Probably the most important application of polarization is in frequency reuse,
where two cross-polarized signals are transmitted at the same time on the same
frequency. The right curve in Figure 4.10 shows how the level of the cross-polarized
signal increases as the receiving antenna is rotated from 0 to 90 degrees. Notice
how at 45 degrees both signals are at the same level, which results in no isolation
between the signals on opposite polarizations. Figure 4.11 plots coupling in decibels,
termed
polarization isolation
, between the desired and undesired polarizations.
Maximum isolation occurs at zero offset angle, that is, where the receiving antenna
is aligned in polarization with the transmitting antenna and the undesired polariza-
tion is nulled out (minimized). Alignment for maximum coupling is not particularly