未来通信系统将为人和物提供更好的联系，推动人联、物联向智联发展，开启智能社会新篇章。高性能电磁波辐射源是制约现代通信技术发展的重要瓶颈。而其中的电磁波放大过程主要靠真空电子器件来完成。
真空电子学是电子学的重要分支，主要研究带电粒子在真空中运动时与电磁场的相互作用。自1904年弗莱明利用爱迪生效应研制出真空二极管，随着制管工艺和技术的不断改进，真空电子器件逐渐形成了一个庞大家族，主要包括行波管、返波管、磁控管、速调管、回旋管以及虚阴极振荡器、磁绝缘线振荡器、自由电子激光等高功率微波器件，并逐渐向高频率、高功率、高效率、宽频带、高可靠、长寿命、小型化等方向发展，与微电子、微加工、纳米材料、高性能计算等学科方向日益融合，广泛应用于应用于通信、高分辨率成像、无损检测等领域中。
这些真空管主要工作在毫米波（30 GHz~300 GHz）和太赫兹（300 GHz~3 THz）电磁波频段，该波段介于微波及远红外波之间，是电子学向光子学过渡的区域，因此它兼有两种波谱的特点，有着多种不同的应用场合和潜在价值。和光波相比，它的大气窗口传输时衰减小，受自然光和热辐射源的影响小。和微波频段相比，它有极宽的带宽。
真空电子器件是利用自由电子与电磁波相互作用，从而产生或放大电磁信号的一类器件。
行波管是目前电子装备上应用最广泛的微波器件，由于其无可代替的宽频带特性，使其成为现代电子装备中最重要的一种微波管。行波管可分为最主要的两类：螺旋线类行波管和耦合腔类行波管。另外还有曲折波导行波管、环杆慢波结构行波管、印制电路慢波结构行波管、梯形线慢波电路行波管等。行波管是靠连续调制电子注的速度来实现放大功能的微波电子管。在行波管中，电子注同慢波电路中行进的微波场发生相互作用﹐在长达6～40个波长的慢波电路中电子注连续不断地把动能交给微波信号场﹐从而使信号得到放大。
在基于粒子加速器的大科学装置中，对X、C、S、L和P波段高功率速调管的需求必不可少。速调管主要由谐振腔和漂移段组成，其工作原理与行波管有所不同。它先调制从阴极发射的电子注，再使速度不均匀的电子发生追赶，发生群聚现象。已群聚的电子在输出谐振腔重新激励起高频电压，此高频电压反过来又作用在群聚电子上，从而进行强烈的互作用。电子的能量交给高频场，从而放大高频信号。
磁控管是应用最广泛的真空管，它是微波炉的核心器件，由阴极、阳极以及能量输出机构组成。通常情况下，磁控管是工作于π模状态的，其内部相邻位置的两个谐振腔腔口的微波电场相位恰好相反。从阴极端子发射出来的电子进入相互正交的电场和磁场后作轮摆运动，通过调节输入的直流电压值与固定的高频磁场值，使电子和微波场形成同步运动。在电子与微波场进行同步运动的过程中，多数电子处于微波减速场中，将自身的电能量逐步交换给微波场，形成微波能。磁控管的应用这么多年来，国内外磁控管生产技术已经很比较成熟，其中威特真空电子制造有限公司已经形成完整的微波产业链，现已成为世界性的微波炉磁控管专业供应商，不但为美的微波炉提供了磁控管来源，还为其他微波炉公司供应。2006 年威特公司年产量达到 1200 万只，位居世界第二，2007 年年产量达到 1600 万只，2009 年完成扩能建设后，公司成为了世界第一大磁控管供应商。
回旋管的机理首先由澳大利亚天文学家R. Q. Twiss于1958年首先发现，同一时期，前苏联学者A. V. Gaponov从理论角度也独立提出了相对论效应下电磁波与回旋电子注相互作用的机理。1959年，美国学者在实验中证实了电子回旋受激辐射的机理，并把它称为电子回旋脉塞（Electron Cyclotron Maser，简称ECM），为其随后的发展奠定了坚实的基础。根据电子回旋脉塞受激辐射的机理，具体结合不同的高频结构电路，目前已经发展成了多种类型的回旋管：回旋振荡管（Gyromonotron）、回旋速调管（Gyroklystron）、回旋返波振荡管（Gyrotron backward wave oscillator）和回旋行波管（Gyrotron traveling wave tube）等。
