Развитие электроники больших мощностей, основанной на использовании пучков релятивистских электронов, стало возможным в конце 1960-х годов после создания в нашей стране и за рубежом сильноточных ускорителей заряженных частиц. На первом этапе развития сильноточной релятивистской электроники в НИРФИ и позднее в ИПФ основные усилия в области генерации микроволнового излучения были направлены на разработку методов формирования стабильных электронных пучков с малым разбросом параметров частиц и обеспечения когерентного микроволнового излучения пучка с высокой эффективностью. В эти годы была построена нелинейная теория основных типов стимулированного излучения релятивистских электронных пучков (черенковского, переходного, тормозного излучений и рассеяния волн на электронах). Для всех указанных механизмов найдены принципы подобия и области оптимальных параметров. Показано, что при любых, в том числе сколь угодно больших, энергиях частиц возможно высокоэффективное (с КПД в десятки процентов) преобразование энергии электронных пучков в когерентное электромагнитное излучение. Для наиболее перспективных вариантов предложены высокоселективные электродинамические системы, совместимые с сильноточными пучками, а также развиты методы электронной селекции мод, включая канализацию излучения самими сильноточными пучками. Развиты методы описания нестационарных процессов, позволяющие учесть принципиально импульсный характер релятивистских электронных пучков.

	Электродинамическая структура импульсного усилителя с частотой 10 ГГц и гигаваттным уровнем выходной мощности.
	Сильноточный электронный ускоритель «Синуки» (разработка СКБ НП, Екатеринбург), используемый в ИПФ РАН для испытаний релятивистских СВЧ-генераторов.

В 1972 году по инициативе А. В. Гапонова-Грехова и М. С. Рабиновича НИРФИ и ФИАН создали совместно первый в мире генератор когерентного электромагнитного излучения, возбуждаемый сильноточным электронным ускорителем: релятивистский вариант лампы с обратной волной (ЛОВ) на несколько порядков превзошел по импульсной мощности все предшествовавшие источники микроволнового диапазона. Этот эксперимент (Н. Ф. Ковалев, М. Д. Райзер, М. И. Петелин, А. В. Сморгонский, Л. Э. Цопп) стимулировал постановку аналогичных работ во многих лабораториях мира.
В последствии были предложены и реализованы экспериментально (в ряде случаев совместно с другими отечественными и зарубежными лабораториями) релятивистские модификации и других известных слаборелятивистских электронных СВЧ-генераторов и усилителей – лампа бегущей волны, оротрон, магнетрон, гиротрон и др. (М. И. Петелин, Н. Ф. Ковалев, В. Л. Братман, Н. С. Гинзбург, Э. Б. Абубакиров, Г. Г. Денисов и др.). Созданы принципиально новые приборы – мазер на циклотронном авторезонансе (МЦАР), убитрон (мазер на свободных электронах) с распределенной обратной связью, генераторы ультракоротких импульсов на основе сверхизлучения протяженных электронных сгустков. В настоящее время генераторы и усилители, основанные на стимулированном излучении интенсивных релятивистских электронных пучков, обеспечивают мощности 10⁷–10¹⁰ вт в диапазоне 1–100 ГГц при длительностях импульсов 1–100 нс. В частности, ИПФ совместно с другими отечественными и зарубежными лабораториями разработал:

• ЛОВ мощностью до 2 ГВт на частоте 10 ГГц;
• МЦАР, релятивистские гиротроны, гиро-ЛБВ и гиро-ЛОВ, убитроны и оротроны – мощностью 10–100 МВт на частотах 30–150 ГГц;
• секционированные черенковские генераторы – мощностью до 2 ГВт на частоте 10 ГГц и 600 МВт на частоте 30 ГГц;
• секционированные черенковские усилители с выходной мощностью 1 ГВт на частоте 10 ГГц и выходной мощностью 100 МВт на частоте 30 ГГц;
• источники излучения с субнаносекундной длительностью импульсов, основанные на сверхизлучении протяженных электронных сгустков, – мощностью до 400 МВт на частоте 30 ГГц.

Подобные источники находят применение в экспериментах по физике плазмы, по радиолокации высокого разрешения, по моделированию элементов будущих ускорителей заряженных частиц и в специальных приложениях. Так, например, на базе сильноточного ускорителя электронов и СВЧ-генератора в виде релятивистской ЛОВ совместно с фирмой Маркони и рядом российских организаций создан радар NAGIRA, способный обнаруживать малоразмерные движущиеся цели на фоне сильных отражений от подстилающей поверхности.

NAGIRA – наносекундный гигаваттный радар на базе релятивистского СВЧ-генератора (совместный эксперимент кооперации российских институтов и фирмы GEC-Marconi).	Сигнал на выходе приемника системы NAGIRA, демонстрирующий возможность регистрации вращения лопастей вертолета, летящего над поверхностью взволнованного моря.