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Champs rapprochés et éloignés

Le faisceau rayonné par l'antenne peut se répartir en trois zones :

Zone de rayonnement proche (Zone de Rayleigh)

Dans cette zone, la propagation se fait suivant une onde plane, donc sans atténuation. L'énergie est canalisée dans un tube de largeur D. En général, cette zone est réduite à R = 0,3 · D²/λD = la hauteur de l'antenne et λ = la longueur d'onde. Cependant, pour une petite antenne, avec largeur des éléments émetteurs plus petit que la longueur d’onde, le champ rapproché est à l’intérieur de r << λ.

Zone intermédiaire (Zone de Fresnel)

Cette région du faisceau est une zone d'interférences et pour cette raison, a été appelée zone de Fresnel (diffraction de Fresnel qui est décrite par les interactions d’une onde qui diffracte à travers une ouverture ou autour d'un objet). Les phénomènes rencontrés dans cette zone sont extrêmement difficiles à calculer.

Zone éloignée (Zone de Fraunhofer)

De manière générale, cette zone s’étend au-delà de R > 2D²/λ et s’applique, par exemple, pour une antenne réseau ou grand réflecteur comme une antenne parabolique. Cependant, cela se produit à r >> λ pour une petite antenne avec largeur des éléments émetteurs plus petit que la longueur d’onde. Le faisceau est formé dans le champ éloigné et peut être approximé par une onde plane. Il décroît inversement en fonction de la distance.

Point de vue pratique

Une source ponctuelle isotrope ne peut avoir de champ proche car elle ne peut interférer avec elle-même. Quand la dimension latérale de la source augmente, le champ rapproché apparaît lorsque cette dimension approche la longueur d’onde λ. En pratique, on examine le plus souvent deux zones de rayonnement pour simplifier les équations de Maxwell sur les ondes électromagnétiques :

  1. Le champ rapproché ou de Rayleigh ;
  2. Le champ éloigné ou de Fraunhofer.

Figure 1 : Champ rapproché d’une antenne en réseau.

Figure 1 : Champ rapproché d’une antenne en réseau.

Figure 1 : Champ rapproché d’une antenne en réseau.

La figure 1 montre une antenne en réseau contenant quatre émetteurs. Chacune émet des ondes électromagnétiques qui vont se combiner pour créer une onde totale. On peut voir que les ondes interfèrent et créent des zones de maximum et de minimum. Le champ éloigné se trouve à au moins quatre fois la distance montrée dans la figure. Dans ce dernier, les zones d’interférence se sont stabilisées et se propagent indépendamment de la source.

L’antenne d’un THALES- MSSR, utilisé pour le contrôle aérien du radar ASR–909, est formée par 35 éléments radiants verticaux et a une ouverture équivalente à 8,5 mètres (D). Si le radar secondaire utilise une fréquence de 1030 MHz (λ = 0,291 m), il est possible de calculer la distance où le faisceau sera complètement formé, soit le champ éloigné. On obtient :

  • Le champ éloigné commence à 497 m ;
  • La région de Rayleigh va jusqu’à environ 124 m.

Pour mesurer le diagramme d’émission de l’antenne, il faut donc placer un récepteur au moins à 497 mètres de celle-ci. Il est meilleur d’être encore plus loin.