太阳模拟器是一种特定用途的照明设备,可在实验室条件下模拟某一辐照面积上具有一定辐照强度、辐照均匀性、准直角度等特性的太阳辐照,在太阳能电池测试、卫星空间环境模拟以及太阳敏感器的地面试验、测试与精度标定等方面应用广泛。本论文结合近年来太阳模拟器的发展趋势,介绍了太阳模拟器的技术背景和研究现状,从技术构成角度较为系统的阐述了太阳模拟器的基本理论、设计规范、分类结构和技术指标,并针对准直型太阳模拟器的准直光学系统设计,分析了两种常用的准直光路结构,即透射式和反射式准直光学系统的设计方法。在此基础上,研制开发了一套可四维调整的向心型动态准直太阳模拟器,主要光学技术参数有:有效辐照面直径500mm、准直角2°、辐照强度0.7个太阳常数。论文首先阐述了向心型动态准直太阳模拟器的整体设计方案,然后依次介绍了系统的光学结构设计、机械结构设计、冷却系统设计以及电源及控制系统设计。向心型动态准直太阳模拟器的光学系统主要由氙灯光源、锥轴椭球反光镜、积分匀光器、视场光阑和反射式准直物镜等部件组成。向心型四维调整机构由环形导轨、多级丝杆升降装置和两轴偏摆、俯仰转台构成,用于模拟不同方位、高度和入射角度的太阳辐照。本论文的创新之处有:1)氙灯光源与准直物镜采用独立模块设计,准直物镜可在光阑位置绕光轴相对氙灯光源模块旋转,保证在位置、角度调整的过程中氙灯始终垂直点燃,同时不影响准直光束的出射俯仰角度;2)设计了一套光轴入射方向与出射方向正交的自由曲面三反准直光学系统,使准直光路结构紧凑轻量。最后测试与分析结果表明,研制的向心型动态准直太阳模拟器满足技术指标要求。