champ proche

Le champ proche est la région électromagnétique qui entoure immédiatement une antenne ou un élément rayonnant. Il s'étend approximativement jusqu'à une demi-longueur d'onde de la source, bien qu'il soit défini plus précisément par la radiansphère (la limite à la distance r = λ/2π, où λ est la longueur d'onde). Dans cette zone, les champs électriques et magnétiques n'ont pas encore la relation simple d'onde plane qui caractérise le rayonnement en champ lointain. L'énergie oscille entre la source et l'espace environnant plutôt que de se propager proprement vers l'extérieur.

Le champ proche domine lorsqu'une antenne est électriquement petite, c'est-à-dire que sa taille physique est bien inférieure à la longueur d'onde à laquelle elle fonctionne. Une petite antenne cadre à 1 MHz (longueur d'onde de 300 mètres) présente un comportement de champ proche prononcé sur des dizaines de mètres. En revanche, une grande antenne parabolique à la même fréquence fonctionne principalement en champ lointain. La transition est progressive, non abrupte, et la distance de Fraunhofer (le début d'un comportement fiable en champ lointain) se situe souvent bien au-delà de la radiansphère elle-même.

Conséquences pratiques et défis de mesure

Le comportement en champ proche crée des problèmes de mesure. Le gain, le diagramme de rayonnement et l'efficacité d'une antenne ne peuvent pas être caractérisés à l'aide des méthodes conventionnelles de champ lointain lorsque l'antenne de mesure se trouve dans le champ proche du dispositif testé. Les bancs de mesure en champ proche utilisent des géométries de balayage planaires, cylindriques ou sphériques pour cartographier la distribution complexe du champ, puis appliquent des transformations numériques pour en déduire les performances en champ lointain. Ces mesures sont longues et coûteuses, mais essentielles pour les antennes compactes et les systèmes RF fortement intégrés.

Le couplage réactif entre des antennes rapprochées est un effet de champ proche. Deux antennes séparées par moins d'une longueur d'onde peuvent échanger de l'énergie par couplage magnétique ou électrique, ce qui dégrade l'isolation et fausse les diagrammes de rayonnement. Les systèmes MIMO et les réseaux phasés doivent tenir compte du couplage mutuel en champ proche, où l'espacement des éléments (souvent une demi-longueur d'onde) les place directement dans la région réactive l'un de l'autre.

Le terme provient de la structure même du champ : près de la source, les composantes des champs électrique et magnétique ne sont pas perpendiculaires à la direction radiale et ne diminuent pas uniformément avec la distance. Loin de la source, les champs deviennent transversaux et diminuent en 1/r, comme un véritable rayonnement. La limite entre ces régimes est floue, c'est pourquoi les normes invoquent la radiansphère comme ligne de démarcation pratique, bien que le comportement réel dépende du type d'antenne, de la fréquence et de la précision de l'application.