卫星天线依靠电磁信号与地球和轨道卫星通信，提供电视广播、互联网连接和 GPS 导航等服务。通常，信号在特定频段内运行，包括用于电视的 12-18 GHz Ku 波段或用于高速数据的 26.5-40 GHz Ka 波段。这显然是因为 DTH Ku 波段信号的功率通常为 10-100 瓦，因此它们可以覆盖大面积区域。另一个频段 Ka 波段支持高达 50 Mbps 的更快数据传输速率，这对于互联网服务至关重要。重要的是将卫星天线与特定频段正确对齐，以确保信号损失小，从而实现的传输和接收。
天线的设计和几何形状对信号质量起着至关重要的作用。典型的抛物面天线具有高增益，对于 Ku 波段信号很容易超过 35 dB，这使得它能够放大来自数千公里外卫星的非常微弱的信号。如果天线和卫星之间的信号路径保持在视线范围内且没有建筑物或树木等障碍物，则接收效果。仅仅 1 度的轻微不匹配就会导致信号强度损失高达 10-20%，这会直接影响互联网速度或电视清晰度。因此，安装通常需要波束宽度较窄的天线，而农村安装使用可以捕获较弱信号的较大天线。
天气状况也会影响信号的传输和接收。这种现象称为雨衰，大雨会削弱 Ka 波段等高频信号，导致信号强度损失高达 10 dB。为了解决这个问题，服务提供商通常会在卫星上安装某种自适应功率控制系统，以增加传输功率来补偿雨衰。例如，在暴风雨期间，Ka 波段互联网服务速度可能会从 50 Mbps 降至 30 Mbps，而 Ku 波段信号在类似条件下通常只会损失约 3-5 Mbps。在降雨较多的地区，的碟形天线总是会让家庭用户受益，因为在恶劣天气下，90 厘米碟形天线的性能将优于 60 厘米碟形天线。
抛物面天线的设计
常见、有效的卫星天线设计是抛物面天线，主要是因为它将电磁波聚焦到一个点，以化信号。这些天线通过将传入的卫星信号从位于焦点的馈源喇叭反射而工作。典型的抛物面天线在 Ku 波段频率下的增益约为 35 至 45 dB，在 Ka 波段频率下的增益高达 55 dB，具体取决于尺寸。例如，在 Ku 波段工作的 1.2 米天线可提供约 40 dB 的增益，能够清晰接收来自 35,000 公里外卫星的信号。
抛物面天线的尺寸直接决定了其性能。较大的天线提供较窄的波束宽度，从而限度地减少附近卫星和地面信号的干扰。例如，90 厘米天线的波束宽度通常约为 1.5 度，而 1.8 米天线则将其减小到约 0.75 度。这种改进对于需要高精度的应用至关重要，例如在密集的卫星群上传输数据时。然而，较大的天线对风等环境因素更敏感，因此配备了坚固的安装系统以保持对准。
材料选择也是设计抛物面天线的一个重要因素。大多数天线由铝制成，铝既轻又反射性好。例如，表面精度为 0.5 毫米的铝天线在 Ka 波段服务中使用的高达 40 GHz 的频率下将具有信号反射。为科学应用而设计的大型天线可能会使用碳纤维复合材料来减少热膨胀，并在温度波动的情况下保持表面精度。有了这样的材料，天线可以实现深空通信等应用所需的高增益。
2. 变频
卫星通信中的频率转换 是一个关键过程，它使信号能够有效地长距离发送并由地面设备处理。卫星使用高频（Ku 波段为 12 至 18 GHz，Ka 波段为 26.5 至 40 GHz）来限度地减少干扰并实现高数据速率。然而，所有这些频率都不适合地面接收器直接使用，因此卫星天线使用频率转换器将它们降低到中频范围，通常为 950 MHz 至 2150 MHz。这种转换使信号能够通过标准同轴电缆传输，同时损耗小。
安装在天线上的 LNB 转换器负责频率转换。现代 LNB 的噪声系数低至 0.3 dB，比噪声系数高达 0.7 dB 的旧型号清晰得多。例如，在 Ka 波段工作的 LNB 可以将微弱的卫星信号从 -130 dBm 放大到适合地面处理的水平，同时将频率从 30 GHz 降至可管理的 IF。此功能对于高清电视广播和高速互联网服务至关重要，因为它允许以小的衰减传输信号。
频率转换对于减少多个信号之间的信号干扰也至关重要。卫星通过使用 FDM 分离上行链路和下行链路信号来运行。例如，在 Ku 波段，上行链路频率在 14-14.5 GHz 范围内运行，而下行链路频率在 11.7-12.2 GHz 范围内运行。LNB 将这些高频转换为 IF，以实现机顶盒或调制解调器兼容性。这可确保上行链路和下行链路之间没有信号重叠；从而确保通信质量。缺乏准确的频率转换会导致信号失真或丢失，从而严重影响直播和视频会议等服务。
3. 传播路径
卫星天线需要清晰的视线才能与轨道中的卫星建立稳定的连接。天线必须与卫星保持清晰的路径，因为即使是树木或建筑物等小障碍物也会削弱或完全阻挡信号。例如，障碍物可能导致高达 15 dB 的信号损失，这对卫星电视和互联网等应用的服务质量极为不利。为了避免这种情况，天线通常安装在高处，例如屋顶上，仰角从 30 度开始，以限度地减少障碍物的影响。
地球静止卫星位于赤道上方约 35,786 公里处，赤道与地球静止卫星之间的距离要求视线对准更加。在此范围内，1 度的对准误差可能会导致天线距离卫星数百公里，从而导致信号完全丢失。现代安装实践涉及使用卫星信号计来确保对准精度在 0.1 度以内。对于住宅安装，这种精度水平对于维持稳定的服务至关重要，尤其是对于高清电视，它需要 -70 dBm 或更高的信号强度才能获得良好的观看质量。
天气条件也会影响视线：雨、雪或厚云都会导致信号衰减，俗称雨衰。在 26.5-40 GHz 较高频率范围内工作的 Ka 波段信号更容易受到损坏，在极端天气条件下损失高达 10 dB。相比之下，Ku 波段信号受影响较小，在类似条件下损失通常在 3-5 dB 以内。这要求经常下大雨地区的用户使用超大天线或实施其他可以确保服务连续性的纠错技术。
4. 极化
卫星通信中的极化对于区分信号和减少相邻信道之间的干扰非常有用。信号可以使用线性极化（例如水平或垂直）或圆极化（例如左手或右手）进行发送和接收。线性极化广泛用于 Ku 波段和 Ka 波段系统，其中水平和垂直平面确保信号清晰分离。例如，在 Ku 波段运行的水平极化卫星可以提供 14 GHz 的上行链路频率，而垂直极化支持 12 GHz 的下行链路频率，从而实现的双向通信。
极化对准的效率直接影响信号强度。天线和卫星极化之间的不匹配会导致交叉极化干扰，从而对信号强度产生高达 30% 的负面影响。对于处理住宅卫星电视的系统，即使 10 度的错位也会导致 2-3 dB 的损失，并可能出现像素化或频道丢失。大多数现代天线都具有极化调整功能，允许用户根据卫星信号微调天线方向。这在高频 Ka 波段系统中为关键，其中的极化对准可确保小的干扰和超过 50 Mbps 的稳定数据速率。
天气条件也会影响极化性能。雨水或高大气湿度会导致去极化；信号的极化平面会变形。这种影响在圆极化和高频（如 Ka 波段）中更为严重，雨水引起的去极化可能高达 5 dB。在大雨频发的地区，服务提供商通常会实施自适应技术，实时改变极化角度以保持质量。例如，具有动态极化跟踪功能的卫星互联网系统将在不断变化的大气条件下保持连接，并在暴风雨期间可靠地提供一致的速度。
5. 波束宽度和增益值
卫星天线在信号传输和接收方面的性能和效率由两个基本特性决定：波束宽度和增益。波束宽度定义为天线辐射方向图的角度范围。它们通常以度为单位，而增益基本上是指天线放大信号的效率，以分贝为单位。波束宽度越窄，增益越高，使天线能够集中大部分能量。例如，使用 Ku 波段的 1.2 米碟形天线的波束宽度约为 1.8 度，增益约为 40 dB，可实现与远距离卫星的通信。
波束宽度和天线尺寸之间的关系对于系统设计至关重要。较大的天线产生较窄的波束宽度，从而减少来自邻近卫星的干扰。例如，在 C 波段工作的 2.4 米碟形天线可以实现仅 0.6 度的波束宽度，而 1.2 米碟形天线的波束宽度为 1.2 度。在卫星相距仅 2 度的拥挤轨道环境中，这种精度至关重要。高增益天线通常超过 45 dB，对于需要强大、可靠信号的应用尤其有价值，例如广播高清电视或支持大规模数据网络。
在考虑波束宽度和增益时，环境因素也会发挥作用。风和结构振动会导致错位，从而降低天线的有效增益。50 公里/小时的阵风可以使大型碟形天线偏转 0.2 度；碟形天线的这种错位会导致信号强度损失 3-5 dB。为了限度地减少这些影响，许多高性能天线采用刚性设计或动态稳定系统，以在恶劣条件下保持对准。此外，增益是频率的函数：由于波长较短，Ka 波段天线具有更高的增益，高达 55 dB，而同等尺寸的 Ku 波段系统的增益为 35-45 dB。
6. 下行链路和上行链路过程
下行链路和上行链路是卫星通信过程的核心，可实现地面站和轨道卫星之间的双向数据传输。上行链路涉及将信号从地面站发送到卫星，该信号由高频波段组成，通常为 Ku 波段的 14-14.5 GHz 或 Ka 波段的 27.5-30 GHz。相反，下行链路将卫星信号传回地球，通常频率较低，例如 Ku 波段的 11.7-12.2 GHz 或 Ka 波段的 17.7-20.2 GHz。这种频率分离可防止两条信号路径之间发生干扰，从而确保清晰的通信。
信号功率是上行链路过程中的一个关键因素。典型的地面站通过使用高功率放大器（通常输出功率为 50 至 500 瓦）来克服这一问题。例如，需要相当大的功率才能将信号传输到 35,786 公里外的地球静止卫星，同时仍提供至少 10 dB 的接收信噪比。直径为 9 米的大型天线具有更高的增益，例如 C 波段的增益超过 60 dB，以帮助上行链路到达卫星，即使在恶劣天气条件下存在严重干扰。
因此，下行链路过程严重依赖卫星的转发器来放大信号并将其发送到地球。每个转发器通常在 36 MHz 带宽内运行，能够支持高达 40 Mbps 的数据密集型应用，例如高清视频流。然而，信号强度在穿过大气层时会减弱，由于雨水或云层覆盖等因素，信号强度会下降 2-5 dB。因此，卫星使用高增益天线和机载放大器进行补偿，确保地面站接收到的信号强度高于可靠接收所需的 -70 dBm 阈值。