微波旋转关节是机械可移波束天线的重要组成部分，实现天线转动过程中微波信号的导通。一般地，这类功能也可以由柔性的高频电缆来实现，但是对于星载应用来说，高频电缆在严苛的热环境下做数万次的折弯，可靠工作风险大，而且，还存在时延稳定性、功率容量、馈电损耗等一系列问题，因此，选用微波旋转关节是更可靠的设计方案。对于星间链路反射面天线来说，需要一种功率容量大、时延稳定性好的微波旋转关节。
微波旋转关节按结构形式来分有同轴型、波导型、波导同轴混合型，按通道数目分有单通道、双通道、多通道等。
同轴型旋转关节就是分割成两段的同轴线。根据结构的不同，又有直通式和直角弯头式等种类，如图5-7所示。其优点是原理简单、在较低的频段工作时占用的体积小，缺点是功率容量小、结构复杂、射频接插件多。
图5-7 同轴型旋转关节
（a）直通式；（b）直角弯头式
1—内导体；2—外导体；3—轴承
波导型旋转关节由矩形波导和圆波导组成，通过波导模式的变换实现射频信号的导通。依据产生圆波导轴对称模TM01方法的不同，可分为短路式、谐振式、探针耦合式等，如图5-8所示。短路式通过并联的短路分支线抑制圆波导中的TE11模；谐振式通过关节内腔长度使TE11模相干相消、TM01模相干加强；探针耦合式通过一个耦合孔和探针完成从矩形波导TE10模到圆波导TM01模的变换。探针耦合式在TE10模（H10）和TM01模（E01）之间需要TEM模的过渡，类似于波导同轴混合式，且同样需要介质支撑同轴部分，功率容量受到同轴部分的限制而不能做到很高。
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图5-8 波导型旋转关节原理
（a）短路式；（b）谐振式；（c）探针耦合式
波导同轴混合型旋转关节的特点为，由两段矩形波导组成，在转动部分采用同轴线结构，实际上是一对可以转动的波导同轴转换器，这是较为常见的旋转关节形式。根据波导同轴转换形式的不同，又分两种类型：①轴线是其中一段波导的中心线；②轴线与两段波导的中心线都垂直。波导同轴混合型旋转关节的优点是原理简单，缺点是结构复杂、功率容量小。
综合对比各种方案，选用一种波导型旋转关节，完全采用波导内腔结构实现矩形波导TE10模到圆波导TM01模的变换，可简化扼流槽设计，改进短路圆波导的设计，实现更紧凑的体积和尺寸，如图5-9所示。通过对材料物理性能的分析比较，选用硬铝，外表面采用光亮阳极氧化处理，满足热控设计要求，内壁采用化学导电氧化处理，满足电设计低损耗要求，选用一对深沟球轴承。
波导型旋转关节在轨环境温度为-170℃～+100℃，对其采取主动控温措施，保证其工作温度处于-25℃～+80℃（生存温度）。因为硬铝的热胀系数较大，轴承钢热胀系数较小，所以轴承在高温工况下内紧外松，在低温工况下外紧内松。因为旋转关节处于高温工况的可能性更大，所以外圈小间隙配合、内圈过盈配合更能适应外紧内松的间隙变化。轴承在轴向有0.02 mm的游隙，能够适应轴向的伸缩热变形。
在旋转关节的侧面设计了两个M2螺孔，用于安装线绕电阻加热器。波导外表面做光亮阳极氧化处理。经分析，旋转关节热控设计满足在轨工作温度不超过-25℃～+80℃的要求。
图5-9 波导型旋转关节外形
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