Un’antenna Skywave a incidente quasi verticale, o antenna NVIS, trasmette un’onda radio verso il cielo con un angolo quasi verticale. La trasmissione di un’onda radio in questo modo le consente di rimbalzare sulla ionosfera terrestre e di tornare verso il suolo, il che la rende meno suscettibile agli effetti limitanti della curvatura terrestre. Di conseguenza, un segnale radio trasmesso con un’antenna NVIS è ricevibile a una distanza molto maggiore di quello trasmesso con un’antenna convenzionale.
Le antenne trasmittenti convenzionali trasmettono onde radio orizzontalmente, approssimativamente parallele al suolo, in linea retta. Nelle applicazioni a corto raggio, come la televisione, ciò fornisce la massima potenza di ricezione nelle immediate vicinanze del trasmettitore. Quando la superficie terrestre curva e il segnale trasmesso viaggia in linea retta, i due si allontanano sempre di più all’aumentare della distanza dal trasmettitore.
Alla fine, di solito da 50 a 70 miglia a seconda della topografia locale, il segnale non raggiungerà più la superficie della Terra e non sarà più ricevibile. Posizionare il trasmettitore su una torre alta consentirà di trasmettere con una leggera angolazione verso il basso. Ciò compenserà parte della curvatura terrestre; tuttavia, di solito aggiunge solo poche miglia all’intervallo ed è più utile per superare la topografia locale rispetto alla curvatura terrestre.
Quando si trasmette con un’antenna NVIS, il segnale non viaggia orizzontalmente. Invece, il segnale viaggia verso l’alto con un angolo di 75-90 gradi. Quando il segnale raggiunge la ionosfera terrestre, la ionosfera riflette il segnale sulla superficie terrestre con un angolo corrispondente all’angolo di trasmissione. Di conseguenza, un segnale da un’antenna NVIS è ricevibile a un raggio di circa 100-250 miglia dal trasmettitore, a seconda dell’esatto angolo della trasmissione originale.
Nonostante le sue prestazioni apparentemente superiori, il segnale di trasmissione da un’antenna NVIS non può essere di una frequenza qualsiasi. Poiché la ionosfera terrestre varia costantemente, rifletterà in modo coerente e affidabile solo le onde radio nell’intervallo da 3.5 a 7.3 megahertz. In condizioni ideali, questa gamma può estendersi da 2 a 10 megahertz; tuttavia, tali condizioni sono sempre temporanee. Queste frequenze sono troppo basse per la televisione e altri segnali a banda larga, che in genere vengono trasmessi sopra i 30 megahertz.
Se la frequenza di trasmissione di un segnale è al di fuori della gamma riflettente della ionosfera, la ionosfera assorbirà il segnale o consentirà al segnale di attraversarlo e di svanire nello spazio profondo. Nonostante i limiti delle trasmissioni NVIS, possono stabilire comunicazioni vocali affidabili e a lungo raggio, utili per i radioamatori e i militari. I ricercatori utilizzano anche le antenne NVIS per studiare e misurare la ionosfera terrestre analizzando come riflette i segnali radio.