,在宽广的范围（如从0.5～30兆赫）内连续改变，基本上是一部短波脉冲雷达。它通常由发射机、接收机、天线、频率综合器、显示记录器、程序控制器等部分组成。进行探测时，发射机的脉冲调制高频振荡，通过天线垂直向上发射。当忽略碰撞和磁场的影响时,根据阿普尔顿-哈特里公式（见磁离子理论），电离层介质的折射指数可写为：

,

式中，称为等离子体频率(千赫)，f为发射频率（千赫）,N为电子密度（厘米-3）。将发射机频率f由小到大调至fN时,电波就从与N相对应的高度反射回来。设电离层某层最大电子密度为Nm,则从该层反射的电波的最高频率，称为该层的临界频率。如果f>f0,电波将穿过该层进入更高的层次。当f足够高，使得电波恰能穿过全部层次，则该频率为整个电离层的穿透频率。

假设脉冲波在电离层介质中的传播速度和在真空中一样，那么根据反射下来的回波脉冲与发射脉冲之间的时延t，可以决定反射点的高度，其中c是真空中的光速。但实际上电离层介质中电磁波的传播速度小于c，因此由上式算出的h′不是反射点的真正高度h,而比h大，通常称h′为等效高度或虚高。测高仪记录下来的h′-f的关系曲线称为频高图或电离图(图1)。由于地球磁场的影响，电波分裂为寻常波和非常波两个分量，于是在电离图上出现两个描迹，一个对应于寻常波，一个对应于非常波。当电离层吸收较小时，还常观测到二次、三次以至多次反射回波。