Voir aussi : polarisation des ondes radio - Intensité du champ électrique d'une onde -

Les ondes radio

Les ondes hertziennes, utilisées non seulement pour la radio proprement dite (la TSF, comme on l'appelait en 1930) mais aussi pour la télévision, le téléphone portable voire le four à micro-ondes, appartiennent comme la lumière ou les rayons X à la grande famille des ondes électromagnétiques. Elles sont produites en injectant dans une antenne un courant électrique variable à haute-fréquence. On peut comparer l'antenne à une ampoule électrique nue qui rayonnerait l'énergie que lui communique le courant électrique qui la traverse.

L'onde est une vibration qui se déplace

La meilleure image qui vient à l'esprit est l'onde qui apparaît, se déplace et disparaît doucement à la surface d'une mare dans laquelle on a jeté un pavé. Le niveau de l'eau en un point donné monte et descend un certain nombre f de fois par seconde. Ce nombre f est la fréquence de la vibration. La variation du niveau de l'eau se déplace à une certaine vitesse en s'éloignant de l'endroit où le pavé est tombé. Cette vitesse de propagation v (en mètre/seconde) est relativement constante d'un étang à l'autre, tous les étangs constituant des milieux similaires, du moins en ce qui concerne la propagation des ondes à leur surface. La distance parcourue en une seconde dépend de la vitesse de propagation et la longueur de l'onde (distance entre deux creux ou deux sommets se suivant) dépend en plus de la fréquence de la vibration.
Voir Période, fréquence et longueur d'onde

Déplacement d'une onde électromagnétique

Les ondes à la surface de l'étang se propage comme des cercles concentriques. L'onde radio émise par l'antenne isotropique (c'est à dire rayonnant de façon uniforme dans toutes les directions de l'espace) peut être représentée par une succession de sphères concentriques. On peut imaginer une bulle se gonflant très vite en réalité à la vitesse de la lumière c, très proche de 300000 km par seconde. On parle ici de propagation de l'onde en espace libre ; dans l'espace, par exemple.



Champ magnétique et champ électrique

Le qualificatif d'électromagnétique exprime qu'une onde radio est formée de deux composantes : un champ électrique E et un champ magnétique H. Les deux champs sont perpendiculaires l'un à l'autre, leurs amplitudes sont en rapport constant et leurs variations sont en phase. La mesure de l'amplitude du champ électrique peut être mesuré à l'aide d'un champmètre. On l'exprime plus souvent en µV/m ou en dBµV/m (décibels par rapport au microvolt par mètre), c'est elle qui sert pour déterminer le niveau de réception d'un émetteur en un lieu donné.
Voir : le champ électrique d'une onde radio.


Relation entre champ électrique et champ magnétique, impédance intrinsèque du vide

A plusieurs longueurs d'ondes de l'antenne le rapport entre l'amplitude des champs magnétiques et électriques est constant et égal à l'impédance intrinsèque du milieu de propagation :

avec :
Z0 : impédance intrinsèque du milieu de propagation en ohms
E : amplitude du champ électrique en V/m
H : amplitude du champ magnétique en At/m
µ : perméabilité du milieu
e : permittivité du milieu
Si le milieu de propagation est le vide ou l'air on a :

L'impédance intrinsèque du vide, paramètre important de la propagation des ondes, est de 377 ohms.
La présence de p dans le résultat est moins étonnant si on remplace la permittivité du vide par 1/(36p.109), sa valeur approchée.

Vitesse de propagation

La vitesse de propagation d'une onde électromagnétique dans un milieu de perméabilité µ et de permittivité e est donnée par la formule :

En remplaçant µ et e par la perméabilité et la permittivité du vide on peut calculer c, la vitesse de propagation des ondes qui est aussi la célérité de la lumière :


Densité surfacique de puissance

A la distance d de l'antenne isotrope rayonnant une puissance P, on peut calculer la puissance répartie sur un m² de la surface de la sphère de rayon d, autrement dit la densité surfacique de puissance en W/m², en divisant P par la surface de la sphère =4pd²
Le vecteur de Poynting est le produit des vecteurs E et H de l'onde. A la distance d, son module S est égal à la densité surfacique de puissance.
On peut donc écrire :

Après remplacement de c par sa valeur en fonction de µ et e puis avoir simplifié et enfin avoir introduit l'impédance intrinsèque du vide on obtient la relation entre E, P et d.

Polarisation de l'onde

Elle correspond à l'orientation de son champ électrique : si celui-est vertical, la polarisation est verticale. Un dipôle dont le conducteur est horizontal rayonne une onde polarisée horizontalement. Certaines antennes (antenne hélice, par exemple) ont une polarisation circulaire, cas particulier de la polarisation elliptique.
Lorsque le champ E varie toujours dans le même plan la polarisation est linéaire.
Voir : polarisation des ondes