Voir aussi : Les ondes électromagnétiques - Intensité du champ électrique d'une onde - Polarisation d'une antenne -

Formation de l'onde électromagnétique dans un dipôle

Deux phénomènes électriques distincts se conjuguent dans un dipôle parfait isolée dans l'espace pour donner lieu à la formation d'une onde électromagnétique :
- les courants circulant dans les brins de l'antenne produisent un champ magnétique autour de chacun des conducteurs. A chaque endroit du fil, les lignes de champ se développent dans un plan perpendiculaire au conducteur.
- les différences de potentiel existant entre les deux brins du dipôle provoquent l'apparition d'un champ électrique dont les lignes de champ sont réparties dans des plans sécants dont le dipôle est sur la ligne d'intersection.
Si les courants et tensions étaient d'amplitude constante, il n'y aurait pas formation d'une onde radio. Ce sont les variations extrêmement rapides et l'inversion de sens à chaque période des courants et tensions dans les brins de l'antenne qui font que les vibrations locales des champs électriques et magnétiques se propagent dans l'espace. Des fréquences très élevées, des vitesses de propagation du courant et des ondes qui ne sont pas infinies, des champs électriques variables qui provoquent l'apparition de champs magnétiques de fréquences identiques et réciproquement, toute une foule de phénomènes complexes qui concourent à l'expulsion vers l'infini de paquets d'énergie issus de l'émetteur.

Onde plane

Dans un espace isotrope et homogène, la vitesse de propagation d'une onde est constante et son affaiblissement dû à la distance est lui-même constant dans toutes les directions. Au bout de quelques périodes, le front de l'onde (le début de la perturbation des champs électrique et magnétique) a la forme d'une sphère, comme une immense bulle de savon se gonflant à la vitesse de la lumière. Le rayon de cette sphère est tellement grand qu'on peut considérer que, sur une surface limitée, le front de l'onde est plan. Cette approximation sans grandes conséquences facilite la compréhension de ce qui suit.

Orientation des champs électriques et magnétiques de l'onde

Tant qu'un obstacle ne vient pas perturber le déplacement de l'onde, les orientations des champs électriques et magnétiques qui composent l'onde radio restent constantes. Si on se place à quelques centaines de longueurs d'onde de l'antenne, celle-ci sera vue comme un petit point situé au centre de la sphère représentant le front de l'onde.
Considérons à la surface de cette sphère une aire S de 1 mètre au carré. Par rapport à un dipôle considéré comme horizontal, on remarque que, à la surface de S :
- les lignes de champ électrique sont horizontales
- les lignes de champ magnétique sont verticales
Définition :
La polarisation d'une onde radioélectrique est celle du champ électrique qui la compose.
Le champ électromagnétique proche de l'antenne ne répond pas aux même lois que le champ lointain, situé à quelques dizaines de longueurs d'onde de l'antenne. Par exemple, dans le champ lointain le rapport entre l'amplitude du champ électrique et l'amplitude du champ magnétique est une constante. Ainsi il suffit de mesurer l'une pour évaluer l'autre.

Polarisation linéaire et polarisation circulaire

A un instant t, le champ électrique peut être représenté par un vecteur perpendiculaire à la direction de propagation de l'onde. Le champ magnétique, lui aussi, est un vecteur perpendiculaire au vecteur champ électrique et perpendiculaire à la direction de propagation. Si la direction du vecteur champ électrique est constante (comme ci-dessus) la polarisation de l'onde est dite linéaire. Certaines antennes (antenne hélice, dipôle ou yagi croisés...) rayonnent des ondes à polarisation elliptique, c'est à dire dont le vecteur champ électrique E tourne autour de l'axe de propagation. La polarisation elliptique peut être à droite (si le vecteur tourne dans le sens des aiguilles d'une montre en tournant le dos à l'antenne) ou à gauche dans le sens contraire. Si l'amplitude maximum du champ électrique est la même quelle que soit sa direction, la polarisation est dite circulaire, un cas particulier de la polarisation elliptique.

La polarisation réelle d'une onde

En pratique la polarisation d'une onde radio ne reste pas longtemps celle que l'antenne lui a imprimé. La moindre réflexion sur un obstable l'affecte et on constate en radiogoniométrie sur VHF (144 MHz) que l'onde émise par une balise dont l'antenne est verticale reste polarisée verticalement tant que la balise est en vue directe sinon le signal sera généralement plus fort en polarisation horizontale qu'en polarisation verticale. Ce phénomène peut aider à savoir si une balise est en vue directe ou non.

Rotation de polarisation

Réfraction et réflexion sont parmi les phénomènes qui peuvent provoquer un changement de l'orientation de la polarisation d'une onde. En optique, l'image d'un objet reflété dans un miroir incliné à 45 degrés pivote de 90 degrés. Un objet vertical est vu horizontal dans le miroir (figure ci-contre).