Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

Figure 4.16
Rain attenuation versus frequency and elevation angle for a temperate climate.
25 dB. That would not be detrimental to most transmissions if appropriate adjust-
ments are made in the link design. Depolarization in rain is not particularly harmful
at C-band and the lower parts of Ku-band, but it can greatly reduce isolation at
frequencies above 15 GHz. It also turns out that depolarization of CP transmissions
is somewhat more severe than for LP.
The first step in using a rain model is to identify the particular rain region
where the service must be provided. The map in Figure 4.17 shows different regions,
each characterized by a type of climate and associated rain properties. Tropical
regions are the worst, due to a higher incidence of thunderstorms, which contain
the most intense rain cells. The shading and numbers designate the relative impor-
Figure 4.17
Regions corresponding to the five rain-climatic zones, indicating the rain rate in
mm/hour to be exceeded for 0.01% of the time [2].

---

4.2
Propagation on the Earth-Space Link
129
tance of rain in the service design. This presentation is not detailed enough to
indicate higher rain rates in the most intense areas of Brazil, Indonesia, and central
Africa, where they reach 145 mm/hr for 0.01% of the time. Note that the attenua-
tion is approximately proportional to rain rate.
4.2.5.4
Refraction
The lower portion of the atmosphere, called the troposphere, decreases in density
upward from the Earth’s surface. As illustrated in Figure 4.18, electromagnetic
waves are bent as they pass through the medium; as a result, the satellite has a
virtual position slightly above that of its true position. That characteristic is taken
into account in terrestrial microwave system design by increasing the Earth’s radius
by a factor of 4/3 in the profile map used to plot the line-of-sight path. In satellite
links, the bending is less significant because of the higher angle toward the satellite.
Unstable atmospheric conditions like temperature inversions, clouds, and fog
produce discontinuities and fluctuations in what otherwise would be a uniform
air density distribution. The consequent random, temporary bending can cause
significant signal fading akin to rain attenuation. The effect is more pronounced
for paths that are nearly parallel to the Earth (line-of-sight microwave and satellite
links at low elevation angles). That is also a worry for making precise gain measure-
ments of an Earth station antenna when the reference transmitting source is on a
ground-based tower. Generally, refraction by itself does not impair typical satellite
links because the amount of bending is small relative to the beamwidth of the
satellite and the Earth station antennas.
The ionosphere, the layer of ionized particles at around 150 km, completely
reflects frequencies between 0.1 and 30 MHz under certain conditions, producing
the ‘‘sky wave’’ effect, which allows short-wave transmissions to cover long dis-