利用强相对论电子注工作的回旋管就成为相对论回旋管，它的互作用机理与普通回旋管虽然有不同之处，但还是可以看作是普通回旋管向高电压、强电流的扩展。
相对论回旋管
普通回旋管的工作机理虽然也必须考虑相对论效应，但它使用的一般是弱相对论电子注，电压不超过100kV，电流为几安至数十安。为了进一步提高回旋管的峰值输出功率，就必须提高电子注的功率，即要求高电压（ 500kV）和强电流（ 1kA）的强相对论电子注。利用这样的电子注工作的回旋管就成为相对论回旋管，它的互作用机理与普通回旋管虽然有不同之处，但还是可以看作是普通回旋管向高电压、强电流的扩展。
相对论回旋管的特点
相对论回旋管的特点如下：
1、电子束以纵向群聚与TM模换能为主。在普通弱相对论回旋管中，电子以回旋运动为主，纵向速度相比横向速度要小得多，所以电子以横向群聚并与TE模的横向（角向）场分量交换能量为主；而在相对论回旋管中，电子已具有足够大的纵向速度，即电子具有很高的纵向动能可以交给高频场，所以这时电子以纵向群聚并与TM模纵向电场分量交换能量为主。
2、效率比较低。为了提高相对论回旋管的效率，希望电子的回旋频率尽可能小，以至电子在整个相互作用空间中运动时只回旋一圈左右，以降低电子的横向能量，保证电子的纵向能量足够大；提高效率还要求参与互作用的高频场尽可能强。小的回旋频率和强的高频纵向电场难以完全实现，因此相对论回旋管的工作效率一般都比较低。
3、工作频率不稳定。相对论回旋管必须采用爆炸式冷阴极以获得强流电子束，但冷阴极爆炸发射产生的电子束质量相当差，特别是轴向速度的零散，将引起不均匀的多普勒频移的频谱展宽，从而导致回旋管工作的不稳定；而在普通弱相对论回旋管中，由于工作频率接近于开放式波导腔的截止频率，对这种速度零散的敏感性就要小得多。
4、谐振条件受电子能量影响大。在相对论回旋管中，电子能量相当高，相对论因子（）就足够大，这就使得回旋频率 更强烈地依赖于电子能量，因为 ，以致即使在磁场不变的情况下，电子能量的相对微小变化都可能破坏它与高频场的谐振条件 。
5、存在脉冲缩短现象。在电子束电流十分强时，空间电荷效应将限制能够注入到互作用区的电流值，这种限制对回旋管更为明显，因为在一定的电流下，回旋管中的电子速度被分配成回旋运动的横向速度和纵向速度两部分，其纵向速度就比同样电压下的线性注要小，因而空间电荷效应更为严重。当相对论回旋管工作在空间电荷限制流附近时，电子束可能超过空间电荷限制值，使束流变得不稳定，并开始出现电子反射，这是，电子流域高频场的互作用过程将停止，导致脉冲缩短现象出现。
