Ionosfera merupakan satu lapisan atmosfera Bumi yang terletak di antara 60 km hingga boleh mencapai 1000 km dari permukaan Bumi. Lapisan ionosfera Bumi mengandungi elektron bebas yang memberi kesan pada perambatan gelombang radio. Ketumpatan elektron bebas ini bergantung pada aktiviti pengionan yang secara umumnya disebabkan oleh aktiviti Matahari. Proses pengionan terjadi apabila foton dari sinaran matahari melanggar gas neutral sama ada dalam bentuk atom atau molekul pada frekuensi tertentu menyebabkan elektron akan terbebas dari gas tersebut. Elektron yang bebas ini boleh bergabung semula dengan gas tersebut melalui proses rekombinasi. Proses pengionan dan rekombinasi ini berlaku setiap hari.
Rajah 1 : Ilustrasi lapisan ionosfera bumi (sumber : Stanford University)
Kesan proses pengionan terhadap lapisan ionosfera ini dipengaruhi oleh kekuatan sinaran yang diterima dan seterusnya mempengaruhi ketumpatan elektron. Kejadian-kejadian yang berkaitan dengan kesan Matahari ke atas Bumi seperti siang dan malam, musim dan lain-lain mempengaruhi proses pengionan ini. Sebagai contoh, kekuatan sinaran pada waktu siang lebih tinggi daripada waktu malam. Begitu juga, bagi negara bermusim, kekuatan sinaran pada musim sejuk adalah kurang berbanding dengan kekuatan sinaran yang diterima pada musim panas. Selain itu kedudukan geografi sesuatu kawasan juga mempengaruhi kekuatan sinaran yang diterima. Oleh itu, kesan proses pengionan terhadap ionosfera pada sesuatu kawasan ini bergantung kepada sama ada ia berada pada waktu siang atau malam, pada khatulistiwa atau di kutub.
Lapisan D terbentuk pada ketinggian 50 – 90 km yang terbina oleh sinaran Lyman-alpha ke atas gas Nitrik Oksida (NO). Proses rekombinasi adalah tinggi pada lapisan ini yang mengakibatkan ketumpatan elektron berkurangan pada waktu malam. Lapisan ini menyerap gelombang radio dengan frekuensi tertentu.
Dalam kehidupan seharian, ionosfera membantu dalam penghantaran isyarat radio yang berfrekuensi kurang dari 30 MHz. Teknik ini dikenali sebagai perambatan gelombang langit seperti penghantaran isyarat radio komersil FM dan AM dan juga isyarat VLF untuk tujuan komunikasi. Lapisan ionosfera ini terutamanya lapisan F bertindak sebagai pemantul isyarat yang dihantar oleh stesen pemancar kepada penerima dengan frekuensi yang tertentu. Rajah 2 menunjukkan bagaimana isyarat radio dipantulkan oleh lapisan ionosfera bagi tujuan perambatan jarak jauh.
Rajah 2 : Pantulan isyarat radio VLF melalui lapisan ionosfera (sumber: NASA)
Pada waktu siang, lapisan ionosfera diionkan oleh sinar-X dan sinar UV matahari dan mempunyai lapisan D, E, F1 dan F2. Pada waktu malam pula, lapisan ionosfera dionkan oleh sinar kosmik yang datang dari pelbagai sumber di galaksi dan hanya mempunyai lapisan E dan F sahaja.