Antena Near Vertical Incident Skywave, atau antena NVIS, mentransmisikan gelombang radio ke langit pada sudut yang hampir vertikal. Mengirimkan gelombang radio dengan cara ini memungkinkannya untuk memantul dari ionosfer Bumi dan kembali ke tanah, yang membuatnya kurang rentan terhadap efek pembatas dari kelengkungan Bumi. Akibatnya, sinyal radio yang ditransmisikan dengan antena NVIS diterima pada jarak yang jauh lebih besar daripada yang ditransmisikan dengan antena konvensional.
Antena pemancar konvensional mengirimkan gelombang radio secara horizontal, kira-kira sejajar dengan tanah, dalam garis lurus. Dalam aplikasi jarak pendek, seperti televisi, ini memberikan daya penerimaan maksimum di sekitar pemancar. Saat permukaan bumi melengkung dan sinyal yang ditransmisikan bergerak dalam garis lurus, keduanya tumbuh semakin jauh saat jarak dari pemancar meningkat.
Akhirnya, biasanya 50 sampai 70 mil tergantung pada topografi lokal, sinyal tidak akan lagi mencapai permukaan bumi dan tidak akan diterima. Menempatkan pemancar pada menara yang tinggi akan memungkinkannya untuk mentransmisikan pada sudut sedikit ke bawah. Ini akan mengkompensasi beberapa kelengkungan bumi; namun, biasanya hanya menambahkan beberapa mil ke jangkauan dan lebih berguna dalam mengatasi topografi lokal daripada kelengkungan bumi.
Saat mentransmisikan dengan antena NVIS, sinyal tidak bergerak secara horizontal. Sebaliknya, sinyal bergerak ke atas pada sudut 75 hingga 90 derajat. Ketika sinyal mencapai ionosfer Bumi, ionosfer memantulkan sinyal kembali ke permukaan Bumi pada sudut yang sesuai dengan sudut transmisi. Akibatnya, sinyal dari antena NVIS diterima pada kisaran sekitar 100 hingga 250 mil dari pemancar, tergantung pada sudut yang tepat dari transmisi asli.
Meskipun kinerjanya tampak lebih unggul, sinyal transmisi dari antena NVIS tidak bisa sembarang frekuensi. Karena ionosfer Bumi terus berubah, ia secara konsisten dan andal hanya akan memantulkan gelombang radio dalam kisaran 3.5 hingga 7.3 megahertz. Dalam kondisi ideal, kisaran ini dapat meluas dari 2 hingga 10 megahertz; namun, kondisi seperti itu selalu bersifat sementara. Frekuensi ini terlalu rendah untuk televisi dan sinyal broadband lainnya, yang biasanya ditransmisikan di atas 30 megahertz.
Jika frekuensi transmisi sinyal berada di luar jangkauan reflektif ionosfer, ionosfer akan menyerap sinyal atau membiarkan sinyal melewatinya dan pergi ke luar angkasa. Terlepas dari keterbatasan transmisi NVIS, mereka dapat membangun komunikasi suara jarak jauh yang andal, yang berguna bagi operator radio militer dan amatir. Para peneliti juga menggunakan antena NVIS untuk mempelajari dan mengukur ionosfer bumi dengan menganalisis bagaimana memantulkan sinyal radio.