Devices used to follow the rotations of the polarization ellipse of an electromagnetic wave : application to the ionospheric Faraday effect

Abstract

The experimental study of the ionospheric Faraday effect requires the development of polarization measurement systems. Their function is to determine the instantaneous position of the main axis of the polarization ellipse of an electromagnetic wave in a given referential and to follow its rotations on a continuous basis. After a brief summary of the parameters which define the polarization of an electromagnetic wave (emw), we describe the different polarizations techniques used in most equipment. The polarimeters are mainly based upon the processing of the vhf telemetry signals emitted by geostationary satellites and received on a pair of orthogonally linear antennas. The electronic rotation of the antennas is the operating principle common to all these devices. So the receiver involve mixers, phase shifters, filters and phase measurements. A new polarization technique is proposed; it uses a system of digital data processing from the two linear 45°rossed antennas. Software data processing makes it possible to monitor the Faraday rotations in real time and to calculate the corresponding total electronic content of the ionosphere (tec) .

Résumé

L’étude expérimentale de l’effet Faraday ionosphérique nécessite la mise au point de systèmes de polarimétrie. Leur fonction est de déterminer la position instantanée du grand axe de l’ellipse de polarisation d’une onde électromagnétique (oem) dans un repère donné, et d’en suivre les rotations par continuité. Après avoir rappelé les principales définitions relatives à la polarisation d’une oem, nous détaillons différentes techniques de polarimétrie utilisées dans de nombreux équipements. Les polarimètres cités utilisent les signaux de télémétrie vhf émis par des satellites géostationnaires. Ils comportent principalement un traitement analogique des signaux reçus sur deux antennes rectilignes perpendiculaires, faisant intervenir mélangeurs, déphaseurs, filtres et des mesureurs de phase. Le principe de fonctionnement commun à tous ces polarimètres est celui de la rotation électronique d’antennes. Une nouvelle technique de polarimétrie est proposée ; elle privilégie un traitement numérique des données provenant de deux antennes rectilignes faisant un angle de 45°. Un logiciel de traitement de données permet de suivre en temps réel les rotations Faraday et de calculer le contenu électronique total correspondant.