Největším kouzlem středních, dlouhých a krátkých vln je velká proměnlivost jejich šíření v závislosti na momentálních podmínkách, denní či roční době a zejména pak skutečnost, že díky dějům v horní ionizované vrstvě atmosféry tzv. ionosféře, jsou tyto vlny lámány, ohýbány a odráženy zpět k zemi a my je tak můžeme zachytit stovky a tisíce kilometrů daleko od vysílače, třeba i na druhé straně zeměkoule. Tyto děje v ionosféře jsou závislé zejména na sluneční činnosti a popíšeme si je v následujícím článku.
V počátcích rádia se mělo za to, že na anténu přijímače se mohou dostat jenom ty vlny, které opustily anténu vysílače rovnoběžně se zemským povrchem ve směru vysílač – přijímač, zatímco vlny vyzařované směrem k nebi jsou pro příjem ztraceny. (Ono to skutečně platí, ale pouze u vyšších kmitočtů – VKV, UKV, kterým se však tyto stránky nevěnují.) Vlně, která se šíří podél zemského povrchu říkáme vlna povrchová (přízemní), druhému typu vlny (která se šíří pod různými úhly směrem k nebi) říkáme vlna prostorová. Velmi zjednodušeně lze říci, že dosah povrchové přízemní vlny závisí na její vlnové délce. Povrchová vlna nízkých kmitočtů (DV, SV, KV) se nešíří pouze přímočaře, ale může se kolem překážek na cestě (horské masivy, kopce, vysoké domy atd.) ohnout, případně při dopadu na elektricky vodivou vrstvu (vodní hladina, železobetonové konstrukce, ale i kopce a skalní masivy, které za jistých okolností mohou být elektricky vodivé) i odrazit. Při obou těchto jevech se část energie, kterou sebou vlna nese však ztrácí. Její energie je tak menší než kdyby se vlna šířila přímočaře. Obecně lze říci, že čím je vyšší kmitočet, tím menší překážka (předmět) stačí k odrazu vlny, ale tím méně je i vlna schopna ohybu. Jak bylo uvedeno, mělo se v počátcích rádia za to, že veškerý styk mezi stanicemi je možný prostřednictvím vlny přízemní, proto důležité vysílače pracovaly jenom na vlnových délkách nad 1000 m (DV) a na nižší vlnové délky se sestupovalo jen velmi nerado. O velké překvapení se postarali radioamatéři, když v roce 1923 dokázali že i na středních a krátkých vlnách je možno překlenout malými výkony i trans-oceánské vzdálenosti. Ukázalo se tak, že původní představa tedy nebyla správná.
Jak bylo uvedeno, při dopadu vlny na alespoň částečně vodivou překážku, může se vlna odrazit a změnit původní směr. Pokud je překážka alespoň částečně pro vlnu prostupná, tak místo odrazu nastává ohyb vlny, podobně jako nastává ohyb světla při přechodu světla ze vzduchu do vody. A právě takové prostředí se nachází v naší atmosféře ve výšce asi 50 – 700 km nad povrchem země. V těchto výškách je jen velmi řídké ovzduší, obsahující na spodním okraji stopy ozónu, všude pak kyslík a dusík. V těchto výškách je však značně velká intenzita slunečního záření – mnohem větší než na povrchu země, kam dopadají sluneční paprsky již značně oslabeny právě průchodem zemskou atmosférou. Narazí-li sluneční paprsek na atom plynu, odštěpí z něho jeden elektron, čímž se původně neutrální atom rozdělí na dvě složky – na záporně nabitý elektron a na kladně nabitý zbytek původního atomu zvaný ion. Může se však stát, že volně se potulující elektron setká se s kladným iontem, je jím přitažen a vytvoří s ním opět neutrální atom, avšak než se tak stane, rozštěpí jiné sluneční paprsky opět jiný atom a postarají se o nový elektron a ion, takže v uvedených výškách nalezneme ionizovanou vrstvu ovzduší, která právě způsobuje výše vylíčený ohyb elektromagnetických vln. Této části našeho ovzduší říkáme ionosféra. Je důležité, že za svůj a udržení děkuje převážně slunečnímu záření a že v ní nastávají neustále dva navzájem opačné děje. Jedna se tvoří z neutrálních atomů elektricky nabité částice – elektron a ion (tomu říkáme ionizace), jednak se tyto částice opět spojují v neutrální atom (tomu říkáme rekombinace atomu). Z těchto jevů převládá první v místech ozářených sluncem , druhý jev pak v místech sluncem neozářený. Tím se tedy elektronová koncentrace neustále mění, takže ve dne, kdy na ionosféru dopadá sluneční záření, je větší než v noci, kdy převládá rekombinace atomů. Pokud předpokládáme, že vzhledem k tomu, že naše atmosféra je složena z různých plynů, které jsou různě těžké a které se tedy udržují v různých výškách, nebude se ionosféra skládat jen z jedné vrstvy, ale těchto vrstev je několik. Vrstva D se nachází ve výšce 60 – 90 km, vrstva E ve výšce 110 – 130 km, vrstva F, která se v létě dělí na vrstvy F1 a F2. Vrstva F1 je ve výši kolem 170 – 230 km, vrstva F2 ve výši 250 – 500 km, někdy i ještě výše. V noci se obvykle tyto vrstvy spojují a jejich výška klesne na úroveň asi 230 km, zatímco vrstvy D a E téměř vlivem rychlé rekombinace mizí. Vrstva D zanikne úplně a vrstva E téměř úplně.
Prostorová elektromagnetická vlna, která dosáhne některé vrstvy ionosféry, je jí jednak pohlcována a jednak uhýbána ze svého původního směru. Čím je frekvence uvažované vlny větší, tím menší jsou oba dva tyto vlivy ionosféry.
Dlouhé vlny:
Dlouhé vlny se šíří jak vlnou prostorovou, tak i vlnou přízemní. Tlumení přízemní vlny ve dne je malé, proto se šíří na velmi velké vzdálenosti. Vlna prostorová se ohýbá nebo spíše odráží již od nejnižší ionosférické vrstvy, které bývají poměrně stabilní. Proto se poslech mění méně než na vlnách středních. Po zániku nejnižší ionosférické vrstvy v noci se dlouhé vlny odrážejí od vyšších vrstev ionosféry. Proto se dosah po západu slunce zvýší.
Střední vlny:
Střední vlny se šíří jak vlnou přízemní tak i vlnou prostorovou. Přízemní vlna se při šíření uplatňuje zejména ve dne, kdy je vlna prostorová silně tlumena nejnižší ionosférickou vrstvou. V noci, kdy stupeň ionizace klesne se k zemi vracejí ohybem od vyšších vrstev ionosféry i vlny prostorové v mnohem větší vzdálenosti. To je důvod, proč se po západu slunce středovlnné pásmo zaplní stanicemi. Někdy se ale stane, že na anténu dopadají dvě i několik vln z jedné stejné stanice, které se šíří různými cestami. Potom vzhledem k různé době, kterou byly tyto vlny na cestě se může stát, že přijdou na anténu vzájemně fázově posunuty a tím se jejich účinky buď sčítají nebo odečítají. Mění-li se tato situace, vzniká tímto způsobem únik, neboli fading.
Krátké vlny:
mají dosah povrchové (přízemní vlny) velmi malý, zato vlastnosti vln prostorových jsou takové, že i s nepatrnými výkony vysílače je možno velmi snadno překlenout mezikontinentální vzdálenosti. Překonávání velkých vzdáleností děje se obvykle několikanásobným skokem mezi zemí a ionosférou. Vlna, která byla působením ionosféry ohnuta zpět k zemi, může se od vhodného povrchu (například hladina moře) odrazit zpět vzhůru, kde je opět ohnuta k zemi. Pro lepší pochopení principu šíření prostorových vln je nutné vysvětlit několik dalších jevů. Velmi zjednodušeně v dalším výkladu budeme mluvit o tzv. průraznosti vlny ionosférou. Budeme říkat, že vlna je málo průrazná, jestliže se ohne nazpět k zemi již brzy po vniku do ionosféry. Vlna hodně průrazná se se ohne zpět až ve vyšších vrstvách ionosféry. Pokud by průraznost vlny byla ještě větší, může se stát, že ionosféra nestačí vlnu ohnout zpět k zemi , takže vlna opustí prostor kolem země a unikne do vesmíru. Tato průraznost závisí zejména na frekvenci – čím je frekvence vyšší, tím vyšší je i průraznost vln ionosférou. Dále průraznost vlny závisí na úhlu pod kterým na ionosféru vlny dopadá. Vlna dopadající kolmo na ionosféru má větší průraznost, než vlna dopadající na ionosféru šikmo. Nyní si představíme, že při určitém konstantním stavu ionosféry bychom vysílali signál, jehož kmitočet se bude postupně zvyšovat a budeme sledovat, jak se tyto vlny šíří. Při nižších kmitočtech (např. 4 MHz) budeme pozorovat, že i ty vlny, které na ionosféru dopadají kolmo, mají průraznost poměrně malou, zatímco vlny dopadající šikměji mohou být ionosférou dokonce ještě pohlcovány. Budeme-li kmitočet zvyšovat bude se průraznost vlny zvyšovat až při jistém kmitočtu vlna, která dopadá na ionosféru kolmo prorazí ionosférickou vrstvu a nevrátí se již k zemi, vlny dopadající šikměji se ovšem ještě k zemi vracejí, protože jejich průraznost je menší. Tomuto kmitočtu se říká kritický, můžeme mluvit o kritickém kmitočtu vrstvy E, vrstvy F atd. Budeme-li zvyšovat kmitočet ještě více, pronikne ionosférou i vlna dopadající šikměji.
Můžeme si to představit asi tak, že kolem vysílací antény je jakýsi pomyslný kužel, obrácený základnou vzhůru. Všechny vlny uvnitř tohoto kužele vyzářené do ionosféry se již nevrátí k zemi. To má za následek zajímavý jev. Pokud se podíváme na obrázek, vidíme, že vlna z vysílače A se nemůže dostat do přijímače B. Přijímač B je totiž až za hranicí dosahu přízemní vlny a ještě před místem, kde dopadají první od ionosféry odražené prostorové vlny. Tomuto prostoru říkáme pásmo ticha. Pásmo ticha je tedy známkou toho, že vysílaný kmitočet je vyšší než kritický kmitočet nejvyšší vrstvy ionosféry. Pokud budeme kmitočet více zvětšovat, zjistíme, že se bude zvětšovat i oblast pásma ticha.
Předešlé úvahy předpokládaly, že stav ionosféry je konstantní. Tomu však ve skutečnosti tak není. Následkem toho se kritické kmitočty a s tím i pásma ticha neustále mění. Ve dne jsou kritické kmitočty větší než v noci, v létě bývají jiné než v zimě. Jejich hodnota záleží hlavně na sluneční činnosti a na magnetickém poli země.
Intenzita ultrafialového záření přicházejícího ze slunce a ionizující vysoké vrstvy atmosféry země podléhá nejen krátkodobým změnám, ale i změnám dlouhodobým. Během jedenácti let se změní intenzita záření od minima k maximu a cyklus se v dalších jedenácti letech opakuje. Ve stejné periodě se střídá i průměrný počet a velikost skvrn ve sluneční chromosféře. Při maximu slunečních skvrn bývá elektronová koncentrace vrstvy F2 a tedy i její kritický kmitočet vyšší než při slunečním minimu. Proto v období maxima sluneční aktivity lze s větším úspěchem pracovat na vyšších kmitočtech.
Lucemburský efekt (Gorkovsko – Lucemburský jev):
šíření zejména na středních a dlouhých vlnách se může vyznačovat jednou zvláštností. Jde o zvláštní druh křížové modulace, která vzniká přímo v ionosféře. Pokud je v bodě A vysílač, který vysílá na kmitočtu f1, v bodě B přijímač naladěný na tento kmitočet a v bodě C výkonný vysílač, který vysílá na kmitočtu f2 (f1 je jiný kmitočet než f2), tak za jistých podmínek nosná vlna jednoho vysílače na sebe v ionosféře strhne modulaci druhého vysílače. V přijímači je potom slyšet i modulace vysílače C, přestože je naladěn na kmitočet vysílače A.
Problematika šíření rádiových vln je velmi obsáhlá. V tomto článku jsme si krátce shrnuli pouze ty nejzákladnější zákonitosti a chtěl bych ji průběžně doplňovat. Zájemce o další studium odkazuji na odborné publikace – např. Příručka rádiového spojení 1965 anebo Amatérská radiotechnika I 1954. Tyto publikace tvořily vzor pro napsání článku a jsou z nich použity i obrázky.