Năm 1935, nhà khoa học Robert Watson-Watt chế tạo hệ thống radar hoàn chỉnh đầu tiên giúp phát hiện máy bay từ xa. Sáng chế này giúp nước Anh chống lại những cuộc tấn công trên không bằng máy bay của quân đội Đức trong Thế chiến II.
Hệ thống radar (viết tắt của cụm từ Radio Detection And Ranging) đóng vai trò quan trọng trong chiến thắng của phe Đồng minh trong cuộc Chiến tranh Thế giới lần thứ hai. Nó có khả năng phát hiện vật thể ở xa như máy bay hoặc tàu thủy bằng cách gửi các xung sóng vô tuyến và đo tín hiệu phản xạ.
Các nguyên tắc cơ bản để thiết kế radar được khám phá từ những năm 1880, khi nhà vật lý người Đức Heinrich Hertz tạo ra sóng vô tuyến và truyền nó trong phòng thí nghiệm. Ông phát hiện loại sóng vô hình này là một dạng của bức xạ điện từ. Một số vật liệu cho sóng vô tuyến truyền qua, trong khi những vật liệu khác phản xạ chúng.
Sóng vô tuyến nhanh chóng được áp dụng vào thực tế. Năm 1901, nhà vật lý người Ý Guglielmo Marconi lần đầu tiên truyền thành công tín hiệu vô tuyến vượt Đại Tây Dương. Năm 1904, kỹ sư người Đức Christian Huelsmeyer phát triển một hệ thống sử dụng sóng vô tuyến nhằm ngăn tàu thuyền va chạm với nhau trong những ngày sương mù. Các nhà nghiên cứu hải quân Mỹ cũng khám phá ra rằng, họ có thể sử dụng sóng vô tuyến dội lại để phát hiện tàu thuyền ở xa, nhưng phát minh của họ không được nhiều người chú ý đến.
Một số nghiên cứu về hệ thống dò tìm và định vị bằng sóng vô tuyến tiếp tục diễn ra trong thập niên 1920 và 1930 ở Mỹ và nhiều quốc gia khác. Tuy nhiên, công nghệ này vẫn còn nhiều thiếu sót cho đến khi Robert Watson-Watt tạo ra hệ thống radar hoàn thiện đầu tiên. Thiết bị radar đã giúp Vương quốc Anh chống lại những cuộc tấn công trên không bằng máy bay của quân đội Đức trong Thế chiến II.
Watson-Watt là hậu duệ của James Watt [nhà khoa học phát triển động cơ hơi nước thời kỳ đầu]. Ông sinh ra ở Brechin, Scotland vào tháng 4 năm 1892. Sau khi tốt nghiệp Đại học Dundee năm 1912, ông làm trợ lý cho giáo sư William Peddie [người có công khơi dậy niềm đam mê của ông đối với sóng vô tuyến].
Năm 1915, Watson-Watt xin vào làm việc tại Văn phòng Chiến tranh của Chính phủ Anh nhưng không tìm được vị trí phù hợp. Do đó, ông chuyển sang công tác ở Văn phòng Khí tượng. Công việc chính của ông là phát triển các hệ thống giúp phát hiện giông bão.
Watson-Watt nhận thấy tia sét làm ion hóa không khí và tạo ra tín hiệu sóng vô tuyến. Do đó, ông có thể dùng phương pháp dò tìm sóng vô tuyến để lập bản đồ vị trí của giông bão một cách chính xác.
Năm 1934, do xuất hiện tin đồn người Đức sở hữu thiết bị có khả năng tạo ra “tia tử thần”, Bộ Không quân Anh yêu cầu Watson-Watt tìm hiểu xem loại tia này có thật hay không. Bộ Không quân sẵn sàng tặng phần thưởng 1000 bảng Anh cho bất cứ ai chứng minh một tia đặc biệt nào đó có thể giết chết con cừu đứng cách xa 90m.
Watson-Watt kết luận rằng, có rất ít khả năng tồn tại một thiết bị như vậy. Trong quá trình nghiên cứu, ông chuyển sự chú ý của mình từ việc tìm kiếm loại sóng vô tuyến mang tính chất hủy diệt [tia tử thần] sang vấn đề dò tìm và định vị vật thể bằng sóng vô tuyến mang nhiều triển vọng hơn. Watson-Watt và trợ lý thực hiện một số tính toán, cũng như áp dụng các kỹ thuật tương tự mà ông dùng trong công việc nghiên cứu khí quyển.
Tháng 2 năm 1935, Watson-Watt trình diễn hệ thống radar đầu tiên giúp phát hiện máy bay trước một ủy ban của Bộ Không quân. Tháng 4/1935, ông nhận bằng sáng chế cho hệ thống này và một khoản tiền tài trợ để cải tiến nó. Không lâu sau, ông có thể dùng xung sóng vô tuyến phát hiện máy bay cách xa tới 130km.
Ngay trước khi Chiến tranh Thế giới thứ hai bắt đầu, người Anh xây dựng một mạng lưới radar gọi là “Chain Home” dọc đường bờ biển theo bản thiết kế của Watson-Watts. Các trạm radar này giúp báo động cho Không quân Hoàng gia Anh trước khi máy bay ném bom của Đức xuất hiện.
Hệ thống Chain Home hoạt động khá tốt, nhưng nó cần đến những ăng ten rất lớn và hoạt động ở bước sóng dài – yếu tố làm hạn chế khả năng xác định chính xác máy bay địch. Vào ban ngày, các phi công chiến đấu có thể nhìn thấy máy bay ném bom của kẻ thù. Nhưng chẳng mấy chốc, người Đức bắt đầu chuyển sang ném bom ban đêm. Vì vậy, nếu muốn giúp các phi công chiến đấu định vị máy bay địch vào ban đêm, người Anh cần một hệ thống radar hoạt động ở bước sóng ngắn hơn, và đủ nhỏ gọn để lắp đặt trong máy bay.
Vấn đề trên được giải quyết khi hai kỹ sư người Anh Harry Boot và John Randall chế tạo thành công ống chân không năng lượng cao magnetron vào đầu năm 1940. Ống chân không magnetron tạo ra 400W năng lượng ở các bước sóng khoảng 10 cm, đủ để khiến sóng dội lại từ máy bay cách xa nhiều km.
Nước Anh không có năng lực sản xuất hàng loạt ống magnetron trên quy mô lớn. Vì vậy, một phái đoàn Anh do Henry Tizard đứng đầu bí mật mang bản thiết kế ống magnetron tới Mỹ vào năm 1940. Cuối cùng, Tizard thuyết phục thành công Chính phủ Mỹ hỗ trợ nước Anh phát triển và sản xuất thiết bị này.
Mỹ thành lập Phòng thí nghiệm Bức xạ tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) và nó nhanh chóng trở thành một trong những dự án lớn nhất thời chiến, với quy mô khoảng 4000 người. Các nhà nghiên cứu và công nhân làm việc ở đó tạo ra các phiên bản ống magnetron có thể sản xuất hàng loạt, và họ phát triển khoảng 100 hệ thống radar khác nhau.
Đức và Nhật Bản cũng sáng chế ra các hệ thống radar của riêng họ, nhưng chúng hoạt động kém hiệu quả hơn so với radar của quân Đồng minh. Sau chiến tranh, người ta sử dụng radar vào nhiều mục đích khác nhau. Hệ thống kiểm soát không lưu phụ thuộc vào radar để giữ cho máy bay thương mại không va chạm nhau. Radar có thể hỗ trợ con người dự báo thời tiết chính xác hơn. Ống magnetron hiện được ứng dụng để nấu thức ăn trong lò vi sóng. Súng radar giúp cảnh sát giao thông bắn tốc độ các phương tiện di chuyển trên đường,…