Создав чувствительный индикатор, готовый в любой момент к приёму сигнала, Попов начал усовершенствовать вибратор — источник электромагнитных волн. Нужно было увеличить его мощность и уменьшить длину излучаемой волны, что обещало двойную выгоду — возможность отказаться от громоздких зеркал, которые использовал Герц для концентрации волн, и повысить дальность передачи. В 1894 г. Попову удалось решить эту задачу. Когерер, реле и приспособление для встряхивания трубки Попов экранировал, чтобы защитить приёмник от «шумов». Вскоре он заметил, что дальность и качество приёма значительно возрастают, если к индикатору электромагнитных колебаний присоединить длинный провод. Это была первая в мире антенна, принципиально изменившая условия работы всей системы. С её появлением завершились поиски принципиальных элементов будущего радиоприёмного устройства.
25 апреля (7 мая) 1895 г. Попов на заседании Русского физико-химического общества выступил с докладом «Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям» и продемонстрировал передачу сигналов без помощи проводов. Этот день считается Днём рождения радио.
В качестве передатчика была применена катушка Румкорфа с присоединённым к ней вибратором Герца, а в качестве приёмника — созданная Поповым схема, состоявшая из антенны, когерера, реле и пособления для восстановления чувствительности когерера. Свой доклад А. С. Попов закончил словами: «В заключение я могу выразить надежду, что мой прибор при дальнейшем усовершенствовании его может быть применён к передаче сигналов на расстояние при помощи быстрых электрических колебаний, как только будет найден источник таких колебаний, обладающий достаточной энергией». Таким образом, Попов первым указал на возможность применения волн Герца для связи и подтвердил эту возможность убедительными опытами.
Весной и осенью этого же года он продолжал свои опыты в помещении Минного класса и в прилегающем саду. Помогал ему ассистент Пётр Николаевич Рыбкин. Антенну поднимали на крышу беседки, на крыши деревьев, запускали на воздушных шарах, добиваясь увеличения дальности приёма. Передача сигналов производилась уже на расстояние нескольких десятков метров. Приёмник был несколько усовершенствован по сравнению с первоначальным образцом и имел все существенные детали, использовавшиеся в приёмниках беспроволочного телеграфа, применявшихся затем в продолжение ряда последующих лет. Этот приёмник в конце 1895 г. был передан метеорологической станции Петербургского лесного института, где под названием «грозоотметчик» служил для регистрации грозовых разрядов на расстояниях до 30 км. Стремясь расширить область применения своего прибора, параллельно звонковому устройству Попов присоединил ришаровский барабан с самопишущим пером, которое оставляло на ленте автографы далёких грозовых разрядов.
Работы по усовершенствованию прибора продолжались всю зиму 1896 г. 24 марта 1896 г. Попов снова выступил с докладом в Русском физико-химическом обществе и продемонстрировал возможность телеграфирования без проводов. Он передал первую в мире радиограмму, состоявшую из двух слов — «Генрих Герц», и пролетела она не более полукилометра, который разделял химический и физический корпуса университета, где в то время находился передатчик и приёмник радиосигналов. Передачу вёл П. Н. Рыбкин, а профессор Петрушевский, стоя у доски, записывал мелом буквы, которые отстукивал аппарат Морзе. Работу аппарата слышали все присутствующиев аудитории и могли самостоятельно расшифровать сигналы.
Александр Степанович произнёс по этому поводу небольшую речь, заметив, что это имя, конечно, более всего другого имеет право бы передано при первом применении телеграфирования без проводов...
Для опытов с электромагнитными волнами все необходимые приборы изготовлялись собственноручно Поповым или его помощниками. В течение последующих полутора лет он усовершенствовал передающую часть беспроволочного телеграфа: к вибратору Герца он с одной стороны присоединил антенну, а другую его половину заземлил, благодаря чему дальность передачи заметно возросла.
Летом 1896 г. Попов, как всегда, работал на электростанции в Нижнем Новгороде и на Всероссийской выставке в качестве товарища председателя жюри по электротехнике.
А в это время 2 июня того же 1896 г. итальянец Гульельмо Маркони получает предварительный патент на своё тщательно засекреченное изобретение: «Патент № 12039. Г. Маркони. Лондон. Способ передачи электрических импульсов и сигналов и аппарат для этого».
Весть о сенсационном открытии мгновенно облетела весь мир. Но никаких подробностей о принципе или устройстве аппарата не сообщалось.
Газета «Котлин» попросила А. С. Попова прокомментировать таинственную новость. В октябре газета опубликовала ответ. Попов предполагал, что прибор Маркони, по всей вероятности, не что иное, как повторение его «грозоотметчика», который регистрировал атмосферные разряды на расстоянии 30 км.
Лишь через год, после того как было образовано акционерное общество по эксплуатации нового изобретения, итальянец открыл наконец свои чёрные ящики, в которых хранились приборы, и опубликовал схемы описания устройств. Аппарат Маркони оказался близнецом радиоприёмника Попова.
Гульельмо Маркони считал себя учеником известного физика Риги. Маркони университетов не кончал, чем весьма гордился, на лекциях профессора Риги, работавшего в области электромагнитных колебаний, присутствовал как вольнослушатель. Опыты с лучами Герца, которые демонстрировал учёный, произвели на девятнадцатилетнего Маркони сильное впечатление. На ферме отца он стал экспериментировать с вибратором Риги и когерером Бранли. В свои замыслы он никого не посвящал. В 1895 г. он получил обнадёживающие результаты по передаче электрических сигналов без проводов, но статьи в научные журналы писать не стал. Наоборот, засекретил своё изобретение.
Маркони попытался продать «кота в чёрном ящике» военному министерству Италии и компании проволочной телеграфии, но оно не рискнуло его приобрести. Маркони отправляется в Лондон. Влиятельные лица представили итальянца главному инженеру Правительственных телеграфов сэру Уильяму Прису, учёному, изобретателю, который много лет сам занимался проблемой телеграфии без проводов, но, проигнорировав достижения Г. Герца, зашёл в тупик. Когда Гульельмо продемонстрировал действие своих аппаратов, не вынимая, однако, их из упаковки, сэр Уильям пришёл в восторг. Сделав Приса своим сторонником, а затем и пайщиком акционерного общества, Маркони обрёл влиятельного и заинтересованного покровителя. Только после того, как слухи о результатах, полученных Маркони, проникли в печать, Морское ведомство ассигновало на опыты Попова некоторые средства — всего 900 рублей! Устойчивая связь между берегом и кораблем, между судами на марше, в штиль и шторм, на расстоянии в 5 км была уже серьёзным достижением.
В 1897 г. удалось соорудить две станции, приёмную и передающую, с помощью которых была установлена беспроводная связь на расстояниях до 6 км, между транспортом «Европа» и крейсером «Африка». Опыты этого года подтвердили возможность беспроволочной связи в любых метеорологических условиях.
Результаты этих опытов оказались важными не только для дальнейшего развития беспроводного телеграфа. В отчёте об этих опытах Попов писал:
«Ослабляющее действие промежуточных проводников неоднократно проявлялось во время опытов... Наблюдалось также влияние промежуточного судна. Так, во время опытов между «Европой» и «Африкой» попадал крейсер «Лейтенант Ильин», и если это случалось при больших расстояниях, то взаимодействие приборов прекращалось, пока суда не сходили с одной прямой линии».
Таким образом, Попов обнаружил и описал явление рассеяния и отражения радиоволн металлическими предметами, находящимися на пути их распространения, — явление, лежащее в основе современной радиолокации. Далее в этом же отчёте говорится:
«Применение источника электромагнитных волн на маяках в добавление к световому или звуковому сигналам может сделать маяки видимыми в тумане и в бурную погоду; прибор, обнаруживающий электромагнитную волну звонком, может предупредить о близости маяка, а промежутки между звонками дадут возможность различать маяки. Направление маяка может быть приблизительно определено, пользуясь свойством мачт, снастей и т. п. задерживать электромагнитную волну, так сказать, затенять её».
