電離層
地球を取り巻く大気の上層部にある分子や原子が、紫外線やエックス線などにより電離した領域である。この領域は電波を反射する性質を持ち、これによって短波帯などの電波を用いた遠距離通信が可能である。
熱圏に存在する窒素や酸素などの原子や分子は、太陽光線などを吸収する。そのエネルギーによって、原子は原子核の回りを回転する電子を放出し、イオンとなる。この現象を光電離という。この電離状態であるイオンと電子が存在する領域が電離層である。大気に入った紫外線などは、熱圏内で次々と原子や分子に吸収されていくため、繰り返し光電離が生じる。こうして熱圏内は電子密度の高い状態となっている。
電離層は熱圏および中間圏内(高度約60kmから500kmの間)に位置し、電子密度の違いによって、下から順にD層 (60km - 90km)、E層 (100 - 120km)、F1層 (150km - 220km)、F2層 (220km - 800km) の4つに分けられる。
上の層に行くほど紫外線は強く、多くの電離が生じるため電子密度は大きく、下の層は電子密度が小さい。
電離層に対する電波の入射角を θ {\displaystyle \theta } とする。電波が電離層に対して垂直に入射した場合に ( θ = 0 {\displaystyle \theta =0} ) 反射される最大の周波数(臨界周波数)を f 0 {\displaystyle f_{0}} とすると、電波が電離層に対して斜めに入射した場合には、反射される最大の周波数は f 0 sec  θ {\displaystyle f_{0}\sec \theta } となる。正割の関係があることから正割法則(セカント法則)と呼ぶ。
実際には地球が球形であるため sec  θ {\displaystyle \sec \theta } の上限があること、電界強度は周波数の4乗に反比例することから、電離層反射による伝播のおおよその距離、および電離層反射を利用できる実用上の上限の周波数が推測される。例えば、50MHz帯でスポラディックE層による異常伝播が発生する確率に対する144MHz帯でスポラディックE層による異常伝播が発生する確率の比は (50/144) ≒ 1/69 と見積もりできる。