通过相对论电子束在磁场中的回旋共振产生毫米至亚毫米波段相干电磁辐射。由于其谐振腔的物理尺寸远远超过工作波长，因此可在很高的工作频率下产生数十千瓦至数兆瓦的脉冲功率或平均功率，是工作在毫米波及太赫兹频段功率较高的微波真空电子器件。

以回旋单腔管为例，其组成包括磁控注入枪、谐振腔和输出结构等，如图1所示。

图1 回旋单腔管结构示意图

回旋管用的电子枪是一种磁控注入电子枪，其作用在于形成具有足够横向能量和电流密度的电子注。电子注在电子枪中获得足够的横向能量，成为做强烈回旋运动的电子，进入互作用空间。回旋管的互作用高频机构是开放式波导谐振腔，由一节（单腔）或多节（复合腔）截面变化不大的圆波导构成，截面的变化使其构成一个开放式的腔，并在后端构成辐射微波功率的衍射输出孔径。电子周围是基本均匀的磁场，回旋电子与高频场的角向互作用产生受激辐射（电子向场交出能量）和受激吸收（电子从场获得能量）。谐振腔中的工作模式主要有3种：角向对称模式和边廊模式和不对称体模。角向对称模式的腔壁损耗小，但与边廊模式相比，模式竞争更剧烈，尤其与模式形成激烈竞争；边廊模式稳定性较好，效率高，更多地应用于高功率回旋管中，但是腔壁损耗大；不对称体模作为以上两模式间的权衡，与边廊模式比腔壁损耗小，与角向对称模式比模式竞争小。

在回旋管中，由磁控注入电子枪产生具有很高横向能量的回旋电子注，与谐振腔中具有角向电场分量的横电（TE）模相互作用，产生角向群聚，从而产生和放大电磁波。回旋管的工作原理也可用类似于激光的受激辐射理论来解释，即具有较大横向能量的回旋电子注在轴向磁场中由于能级分裂而产生受激电磁辐射。

电子角向群聚。取回旋电子的一个回旋圆，取回旋圆上8个电子考察，如图2所示。3号电子的回旋方向与电场方向相同，因而电子处于减速场中，电子速度减慢，相对论因子变小，回旋频率增加，回旋半径减小，电子运动轨迹趋于圆的内侧而其相位超前于高频场。7号电子则相反。1号和5号电子回旋方向和电场垂直，运动不变。2号与4号电子情况与3号类似，6号和8号电子与7号电子情况类似。因此，若高频场的频率和电子的回旋频率接近，则受到减速的2号、3号和4号电子将始终处于减速场，其相位也越来越超前而从回旋圆内侧向5号电子靠拢；同理，6号、7号和8号电子将始终处于加速场，从回旋圆外侧向5号电子靠拢。经过一段时间，它们就以5号电子为中心群聚起来。

图2 回旋管中电子的角向群聚

电子注与场的能量交换。回旋管电磁辐射频率为，电子回旋频率为。当时，群聚中心并没有落在减速场中，电子注与场不会有净的能量交换。当时，场的相位将在每一个回旋周期里比电子的回旋超前一点，经过若干周期，群聚中心就会落后场，使本来与场没有能量交换的电子群聚块落到了减速场区，整个群聚块受到场的减速而向场交出能量，只要与保持同步，群聚块就能始终处于减速场，并实现有效的电磁辐射。回旋管电磁辐射频率取决于电子回旋频率，而又取决于磁场的大小。当回旋管工作于高次谐波频率时，，为谐波次数，可以降低磁场强度，或在同样的磁场强度下倍地提高辐射频率。

回旋管分为振荡管与放大管。回旋振荡管和回旋返波管都是振荡管，回旋速调管、回旋行波管、回旋自谐振脉塞和回旋行波速调管等都是放大管。依据电子回旋轨道的不同来区分，回旋管有小回旋轨道和大回旋轨道之分，小回旋是指电子回绕磁力线的小回旋轨道运动，大回旋是指电子绕管子的轴线运动。

由于回旋管在毫米波段及亚毫米波段振荡和放大上的优良性能，其在毫米波、亚毫米波在雷达、通信、电子战、高功率微波武器、受控热核聚变、新型材料及高能物理等领域的应用具有广阔前景。