太阳模拟器是一种测试设备,又被称为人工太阳,可在实验室条件下模拟出真实太阳光辐照,复现太阳光的辐照特性,包括辐照度、辐照稳定性和均匀性以及光谱分布。随着科学技术的发展,太阳模拟器现已在多个领域得到了广泛应用,譬如遥感测试、空间环境模拟、光伏电池性能检测等。本文的研究对象是出射光斑直径为400mm的太阳模拟器。该太阳模拟器是全谱段成像光谱仪辐射检测的重要设备,主要由光学系统、机械支撑系统以及冷却系统三个部分组成。本文详细地阐述了太阳模拟器的光机系统设计以及冷却系统设计。为了使系统输出光准直出射,且在辐照面上形成均匀辐照,该太阳模拟器光学系统采用离轴准直系统,准直镜为离轴抛物面反射镜。依据系统技术指标,详细地给出了光学系统的设计方案以及各光学元件的参数,并运用Lighttools软件对光学系统进行建模和仿真,分析辐照面的辐照均匀性,仿真结果表明系统的辐照均匀性能够满足要求。依据光学系统的布局,该太阳模拟器采用框架式的机械支撑结构。依据系统热负荷分布情况,采用强迫风冷方式进行散热,降低内部的环境温度,详细给出了强迫风冷系统的设计方案,并运用热分析软件ICEPAK,对该设计方案进行仿真验证,仿真结果表明,风冷系统能够有效地进行太阳模拟器的散热。最后通过实验测定,辐照不均匀性在Φ200mm范围内为±1.61%,在Φ400mm范围内为±3.28%。