Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

9.6
Earth Station Facility Design
The last practical consideration to be covered is the physical installation of the
Earth station, that is, the design of the building and the arrangement of equipment
therein. It is instructive to take as an example the layout of the site and building
for a major Earth station, shown in Figure 9.17. Many of the same principles can
be applied to smaller stations, including VSATs. The drawing assumes operation

---

312
Earth Stations and Network Technology
Figure 9.17
Site plan and equipment arrangement for a typical major Earth station.
with GEO satellites with the station located north of the equator. Consequently,
the antennas are aligned along the southern perimeter of the site to afford good
visibility of the orbit arc. This arrangement of the antennas is usually the most
flexible if there is sufficient space between the reflectors to allow independent
pointing of each main beam to any orbit position. Care in placing the foundations
must be taken so that antennas never touch each other during repointing and that
the beams do not overlap one another to a significant degree. The latter minimizes
the interaction of the electromagnetic fields around the antennas, including the
effects of diffraction. With proper isolation between antennas, the beams will
be properly formed, giving the desired cross-polarization isolation and contol of
sidelobes.
The next important aspect is the location and arrangement of the RF equipment.
The LNAs or LNBs should be mounted directly on the receive port of the feedhorn
to minimize noise and loss. That also can be done for the HPAs as well if the
power level is in the range of 5W to 150W, because compact SSPAs and TWTAs
can be mounted near or on the reflector. Power levels in the hundreds to thousands
of watts require high-power TWT and klystron amplifiers, respectively, which must
be protected against the elements. Operation in two or more transponders at the
same time is accomplished by connecting the HPAs in the building to an RF
combiner of the type described in a previous section. The HPAs and RF combiner
should be located as close as possible to the antenna to minimize waveguide losses.
That may require that this portion of the RF terminal be contained in an equipment
shelter away from the building but close to the antenna.
The baseband and control equipment can be located anywhere in the building
since baseband and IF cable lengths are not critical to the performance of the Earth
station. An IFL that extends between buildings should be constructed with fiber-

---

9.7
Major Classes of Earth Stations
313
optic cable using analog optical transceivers. The main considerations here deal
with allowing station personnel to operate and maintain the equipment. The appear-
ance of the equipment in the room also is important both to the people who work
there and to guests who may come to visit. Equipment that could be hazardous to
humans, such as batteries, high-voltage electrical equipment, and diesel generators,
should be isolated from the general flow of people, as shown in the upper right
of the drawing. A major Earth station also deserves to have a front lobby to control
access to the facility and office space for administration and management personnel.
Test, calibration, and repair of electronic equipment can be done in a small
laboratory.
The importance of providing adequate space between adjacent antennas to
minimize RF interaction has been stressed. Figure 9.18 illustrates another important
aspect in antenna placement dealing with the protection of personnel on site and
the local community. The far-field pattern of the ground antenna contains the
familiar main beam and sidelobes. For a high power uplink, the near-field region
can produce elevated levels of RF radiation that are potentially harmful to humans
and other living beings that enter the near field. The normal practice is to fence
in the site to prevent people and animals from ever reaching such close proximity;
in crowded metropolitan areas, however, that may be impractical.
A shield wall of metal or concrete such as that shown in Figure 9.18 can greatly
reduce the radiation exposure in the surrounding area. The top of the wall must
reach above the highest point on the antenna for any angle of elevation it may
take. Usually, the worst case occurs when the antenna is pointed at the horizon,
which also maximizes the absolute level of radiation along the particular azimuth.
A high wall minimizes the diffraction over the top, which is the same consideration
in using natural or man-made shielding to prevent RFI. Analytical techniques using
wave and diffraction theory can predict radiation levels in the vicinity of the antenna
and the wall, provided that the detailed structure of the antenna and the wall are
included in the analysis.