Původní theorie přímočarého šíření ultrakrátkých vln byly brzy doplněny poznatky o ohybu a lomu, na jejichž základě byla vysvětlována možnost zachycení signálu stanic umístěných za hranici optické viditelnosti. Na tomto stavu ustrnula theorie šíření ultrakrátkých vln až do války, kdy se začalo používat ultrakrátkých vln v daleko větši míře než tomu bylo do té doby, jednak pro účely sdělovací a jednak pro radar. Mnoho učenců a techniků začalo intensivně studovat ultrakrátké vlny, vliv počasí a podnebí na ně a vznikly nové theorie vysvětlující zjištěné nepravidelnosti jejich šíření.

Podle starších theorií radarový přistroj by mohl „vidět“ jen předměty nacházející se v jeho geometrickém obzoru (obr. 1). Bylo však zjištěno, že často byly na stínítku obrazovky radarového přijímače zaznamenány lodě a pobřeží daleko za geometrickým obzorem.

Radar pracující na frekvenci kolem 600 Mc/s a umístěný za války na Maltě zaznamenal body na Sardinii a v Řecku vzdálené 560 a 650 km. Takové záznamy samozřejmě rušily možnost detekce letadel a lodí, ke kterémužto účelu byl zde radar instalován. Pozorováním bylo zjištěno, že taková nepravidelnost radarové detekce nastává nejčastěji v tom případě, když vysílač i cíl jsou blízko k zemskému povrchu.

Ještě vice překvapilo, když radar pracující na frekvenci 200 Mc/s v Kalkutě v Indii, umístěný nad deltou řeky Gangu na věži asi 60 m vysoké, zaznamenal cíle na arabském pobřeží, vzdálené 1500 až 2500 km.

Je tedy zřejmé, že za příznivých meteorologických podmínek šíření ultrakrátkých vln není omezeno na optickou viditelnost. Vznikly dvě theorie vysvětlující uvedené zjevy.

Theorie paprsková tvrdí, že radarové paprsky nejsou v atmosféře nikdy přímé, jelikož hustota atmosféry a tedy jej index lomu se mění, a to klesá se vzrůstající výškou. Obr. 2 znázorňuje ohýbání paprsku atmosférou. Index lomu klesá se vzrůstající výškou i v atmosféře dobře promíchané a paprsek je ohýbán, při čemž poloměr zakřivení je asi 1/5 poloměru zakřiveni zemského povrchu. Tento zjev je docela pravidelný. Může však nastat případ, že poloměr zakřiveni paprsku je méně, než jak bylo uvedeno; tu pak nastávají nepravidelnosti šíření ultrakrátkých vln. K uvedenému zjevu dochází, když vrstva vzduchu leží na jiné o rozdílně teplotě a vlhkosti. Ohýbáni paprsků bylo nejčastěji pozorováno v nižších vrstvách atmosféry, ležících na zemi nebo blízko zemského povrchu. Paprsková theorie vykládá super-refrakci, jak se uvedenému zjevu říká, tím, že se blízko povrchu zemského utvoří vlivem neobyčejných gradientů teploty a vlhkosti jakýsi atmosférický vlnovod. Je-Ji vysílací  anténa výše než horní stěna vlnovodu, paprsky nejsou ovlivňovány super-refrakcí a šíří se normálně, t. j. jejich poloměr zakřiveni je asi 1/5 poloměru zakřivení zemského povrchu. Paprsek vysílaný vodorovně z vysílače, jehož výška se rovná výšce horní stěny vlnovodu, bude mít poloměr zakřiveni rovný poloměru zakřivení povrchu zemského ale paprsek vysílaný z vysilače, který je ve zmíněném vlnovodu, bude vlivem super-refrakce ohýbán tak, že jeho poloměr zakřivení je mnohem menši než poloměr zakřiveni zemského povrchu (obr. 3). Paprsek dopadne na zemský povrch, odrazí se, je však ohnut tak, že znovu dopadne na zem atd. Takto lze vysvětlit, že radar zaznamená nízko položené cíle, které jsou daleko za geometrickým obzorem.

Uvedená theorie nevysvětluje dostatečně všechny zjevy společně se šířením ultrakrátkých vln v nižších vrstvách atmosféry. Nevysvětluje na př., proč super-refrakce ovlivňuje jenom vlny ultrakrátké a neovlivňuje vlny delší, na př. rozhlasové.

Theorie vlnová má i pro tento úkaz vysvětlení.

Atmosférický vlnovod chová se jako skutečný vlnovod používaný v technice centimetrových vln. Vlnovod, jak známo, přenáší účinně vlny, jejichž délka je v určitém poměru k jeho rozměrům. Čím je délka vlny, kterou chceme přenášet, větši, tím větši musí mít vlnovod rozměry. Podobně tomu je u vlnovodu atmosférického. Atmosférický vlnovod výšky asi 65 m přenáší účinně vlny centimetrové a decimetrové, ale přenáší ještě, ovšem s menší účinnosti, vlny délky několika metrů. Přijímač umístěný v tomto atmosférickém vlnovodu zachytí signály vystlané za geometrickým obzorem (obr. 4).

Delší vlny nejsou, jak již bylo poznamenáno, tak účinně vedeny vlnovodem; část energie uniká z vlnovodu a intensity pole ubývá exponenciálně i ve vlnovodu. Šíření se začíná podobat normálnímu šíření elektromagnetických vln (obr. 5). Vlny delší než 10 m nejsou vlnovodem vůbec ovlivňovány. Vlny délky 1000 m by vyžadovaly vlnovod výšky 10.000 m. Takto vysoké atmosférické vlnovody se v praxi nevyskytují a proto vlny delší, na př. rozhlasové, nemohou jimi být ovlivňovány.

I za normálních podmínek šíření existuje atmosférický vlnovod výšky asi 3 m, který, ačkoli je příliš nízký pro vedeni centimetrových vln, přece snižuje jejich útlum za geometrickým obzorem (obr. 5). Vlny jsou v tomto případě částečně vedeny vrstvou atmosféry nad vlastním vlnovodem a šíření se podobá případu znázorněnému na obr. 3.

Radar je vlnovody ovlivňován méně než na př. rozhlas na ultrakrátkých vlnách. V případě znázorněném na obr. 4 bude intensita elektromagnetického pole nad geometrickým obzorem přibližně stejná, ale exponenciální útlum za obzorem bude snížen. Dosah radaru bude tedy přibližně stejný jako za normálních podmínek. Vysílač, na př. rozhlasový, umístěný ve stejném místě jako vysilač radarový, bude však možno zachytiti ve vzdálenosti mnohem větši, jelikož dosah stanice závisí na útlumu za geometrickým obzorem. Uvažme případ, že vysílač radarový i obyčejný jsou ve vlnovodu a atmosférické podmínky jsou jak znázorněno na obr. 3. Vedeni vln vlnovodem snižuje intensitu elektromagnetického pole nad vlnovodem a dosah radaru v tomto směru je snížen, ale jelikož útlum nad vlnovodem je menší než za normálních podmínek, spojení je možné i v prostoru mezi vlnovodem a geometrickým obzorem na vzdálenost značně větši než za normálních podmínek. Vlivem super-refrakce je část energie, která je za normálních podmínek vyzařována blízko geometrického obzoru, odvrácena do prostoru značně pod tímto obzorem. Má-li vlnovod takové rozměry, že účinně vede příslušnou frekvenci, spojení mezi dvěma libovolnými místy ve. vlnovodu je možné a intensita elektromagnetického pole má stejnou hodnotu, jato by měla ve volném prostoru nehledě k malému útlumu vlivem atmosféry.

Meteorologickou podmínkou zvýšeného dosahu ultrakrátkých vln je, aby horní vrstvy atmosféry ve výšce několika set metrů byly značně teplejší než povrch země. Nutno však uvážit, že teploty ubývá se vzrůstající výškou, a to i za suchého a dobře promíchaného stavu atmosféry, takže bude-li atmosféra ve výšce několika set metrů mít stejnou teplotu jako zemský po vrch, může se mluvit o neobyčejně vysoké teplotě horních vrstev atmosféry. Hustota teplého vzduchu je menší než hustota vzduchu studeného nad zemským povrchem a její úbytek se vzrůstající výškou je značný.

K super-refrakci může tedy dojít, je-li teplota horních vrstev atmosféry na př. o 5º C vyšší než teplota povrchu zemského. Dosud však nebyl uvažován vliv vodních par obsažených v atmosféře. Úbytek vodních par se vzrůstající výškou zvyšuje ohyb paprsku. Jedná se ovšem o neviditelnou vodní páru a ne o kapky vody v mracích nebo mlze. Vliv těchto par bude zvláště silný, když úbytek obsahu vodních par v atmosféře blízko nad zemi bude náhlý.

Všeobecně lze říci, že šíření ultrakrátkých vln bude normální za špatného počasí, kdy atmosféra je dobře promíchána. Za hezkého počasí, bez větru, vzduch vyšších vrstev atmosféry klesá a přináší vzduch teplý a suchý vzhledem ke vzduchu na povrchu země do výšky několika set metrů nad zemi. Toto se však nemusí dít po celém kraji i po celou periodu hezkého počasí.

Předpokládejme, že počasí je pěkné a že horní vrstvy atmosféry jsou neobyčejně teplé a suché. Všimneme si nejdřív, co se děje ve vnitrozemí. Ráno je obloha jasná a  svití slunce. Země se ohřeje a asi v poledne se její teplota rovná teplotě horních vrstev atmosféry. Odpoledne vrstev atmosféry stejná jako teplota vzduchu blízko povrchu země; přibližně totéž platí i o vlhkosti.

Po západu slunce je obloha jasná a povrch země vyzařuje teplo nahromaděné během dne. Teploty země rychle ubývá, ale teplota vrchních vrstev atmosféry se skoro vůbec nezmění a v noci proto bude vyšší než teplota povrchu země. Nastává tedy situace vhodná pro super-refrakci.

Jak je tomu na moři? Teplota moře se nezmění znatelně během dne, čímž se poměry značně zjednoduší. Vzduch na moři je za pěkného počasí často chladnější a vlhči než horní vrstva atmosféry, proto zde dochází k super-refrakci mnohem častěji a po mnohem delší dobu.

K super-refrakci dochází nejčastěji v krajích tropických a subtropických, na př. kolem Středozemního moře.

V krajích s podnebím mírným, na př. u nás, dochází k super- refrakci častěji v létě než v zimě. V polárních krajích dochází často k nepravidelnostem šíření ultrakrátkých vln, dosud však nejsou z těchto krajů žádné údaje.

V zimě může dojít také k super-refrakci, jelikož země pokrytá sněhem se během dne nemůže zahřát na teplotu horních vrstev atmosféry.

Vcelku lze shrnout: K nepravidelnostem šíření ultrakrátkých vln dochází, když se vyskytnou znatelné rozdíly teploty a vlhkosti mezi povrchem země a horními vrstvami atmosféry. Tyto se vyskytují nejčastěji tam, kde je rozdíl teploty a vlhkosti, na př. mezi dnem a noci nebo mezi zemí a mořem. Pěkné počasí způsobí potřebný rozdíl teplot a vlhkosti. Tropické podnebí lze považovat za prototyp pěkného počasí. V tropických krajích je pozorovatelná super-refrakce často po celé léto na všech vlnových délkách od několika metrů až k centimetrovým vlnám, kdežto v krajích s mírným podnebím je super-refrakce pozorovatelná jen za period velmi pěkného počasí a obyčejně jen na nejkratších, hlavně centimetrových vlnách.

Krátké vlny 1948 str. 90

přepsal a upravil pro web OK2KKW Matěj, OK1TEH