Микроволновые генераторы, которые используют релятивистские электронные пучки, называются релятивистскими. Электроны в релятивистских пучках двигаются со скоростями, близкими к скорости света, поэтому и должны описываться законами релятивистской теории.

Переход к релятивистской СВЧ электронике стал возможен после создания в 1966 году [1] сильноточного релятивистского ускорителя. Это устройство получило название ускоритель, поскольку оно даёт пучки с энергией электронов характерной для ускорительной техники: 0.5 – 2 МэВ. На самом деле это – электронная пушка, состоящая из катода и анода, между которыми приложен высоковольтный импульс от источника напряжения с малым внутренним сопротивлением. Оказывается, что, если напряжённость электрического поля на поверхности холодного металлического катода порядка 10⁶ В/см, и источник напряжения может обеспечить необходимый ток, то на катоде возникает плазма ,обеспечивающая плотность эмиссии электронов до нескольких кА/см². Этот эффект получил название взрывной эмиссии. В настоящее время существуют сильноточные ускорители, которые дают пучки с энергией электронов до 10 МэВ и током в несколько мегаампер, т.е. с мощностью ~ 10¹³ Вт. Высокая мощность этих пучков обеспечивает принципиальную возможность создания СВЧ-приборов с мощностью ~ 10¹² Вт.

В настоящее время, однако, в релятивистской СВЧ-электронике обычно используются пучки с энергией электронов 500 кэВ - 1.5 МэВ и током пучка 2 - 20 кА, т.е. мощность пучка меньше 3· 10¹⁰ Вт, что и oпределяет максимальную мощность излучения релятивистских СВЧ-приборов в несколько гигаватт. Повышение тока (например, использование пучка с умеренными для современной техники параметрами 1 МэВ, 100 кА) для увеличения мощности СВЧ-приборов встречает принципиальные физические трудности.

В вакуумной релятивистской СВЧ-электронике создано много разных видов СВЧ-генераторов: карсинотрон, магнетрон, гиротрон, убитрон, оротрон, и т.д. Однако релятивистский карсинотрон при генерации волн сантиметрового диапазона длин волн оказался предпочтительнее других вакуумных приборов. Кроме того карсинотрон и плазменный СВЧ-генератор основаны на одном физическом эффекте - эффекте Вавилова-Черенкова. Это обстоятельство позволяет в рамках данной лекции наглядно описать проблемы, которые возникают при переходе от вакуумных к плазменным релятивистским СВЧ-приборам, а также обсудить некоторые преимущества последних.