斜向入射到電離層的高頻段 (3～30兆赫)無線電波，經電離層反射（可能多次）後因地面地形不平坦和電氣不均勻性而向四面八方散射。其中一小部分電波能量沿相反方向（路徑可與以前相同或不同），由電離層反射折回到地面電波發射點。這種傳播機理稱為高頻返回散射。它可用於監視和預報高頻無線電電路的工作條件，能成功地確定電路最高可用頻率、跳距和它們在地球物理因素影響下的變化（見超視距雷達）。
研究高頻返回散射所使用的設備的原理，與垂直探測測或斜向探測設備大致相同（見電離層垂直探測），不同的是它的收發設備放在一起並斜向發射。為瞭提高對回波精細結構的分辨度，需要使用大型的收發天線陣列、幾十至幾百千瓦的功率和先進的信號處理技術。這些設備稱為高頻返回散射儀，用於研究返回散射回波的各種信息，如頻率與回波時延的特性、頻率與回波幅度的特性、回波多普勒頻譜特性、回波幅度的時延分佈特性和回波時延的時間變化等。
高頻返回散射回波有很陡峭的前沿，回波前沿對應的時延稱最小時延。在掃頻返回電離圖（P-f圖）中，各頻率所對應的最小時延組成一條連續曲線，稱為最小時延線。前沿陡峭是由電離層球面聚焦和時間聚焦造成的。輻射的脈沖電波前向傳播時，沿最小時延傳播的能量能到達比跳距稍遠一點的地面，電離層球面聚焦使很大范圍內入射角的射線在最小時延附近的群時延變化不大，即能量集中在這一段地面上，亦即包含在很大角度范圍內的功率密度集中在很短的一段時間內。當電波從這一段地面發生散射並沿原路徑返回傳播時，便重復這種時間的“壓縮”現象，故稱“時間聚焦”。因此，在最小時延處能量特別集中，造成前沿陡峭。
如果電離層電子密度沿高度的分佈可用拋物模式表示，則最小時延線可表示為
式中hm=h0+Ym；hm為層的最大電子密度高度；h0為電離層底高，Ym為層的半厚度；x為工作頻率與臨界頻率之比。在平面地面時，頻率與時延為線性關系；在球形地面時，時延增長隨x增大而加速，最小時延線為一曲線。