压电陶瓷圆管换能器通常采单一呼吸模态实现全指向性发射和接收。若换能器具有一定指向性和带宽特性,可以有助于减少波形畸变、提高信噪比,减少干扰,提高通讯的可靠性和保密性。在此背景下,本文设计了一种指向性障板压电陶瓷圆管换能器,以期改善传统圆管换能器的指向性和带宽特性。本文研究的主要内容是利用多模态振动耦合的方法实现圆管的宽带发射,同时加入刚性障板改善圆管换能器的指向性。首先理论分析了不同激励方式下产生多模耦合振动的成因,之后分析了换能器如何实现指向性的方法;在此基础上,利用有限元软件ANSYS对换能器模型进行了结构、电声特性分析,得到了压电陶瓷圆管和障板的主要尺寸变化对换能器带宽特性和指向性的影响规律;利用规律优化换能器的结构尺寸,设计了工作带宽为15kHz-30kHz,最大发射电压响应为139dB,带内具有心形指向性的圆管换能器。最后制作了换能器试验样机,并对其阻抗特性、发射电压响应及指向性进行了测量。换能器发射电压响应137.8dB,工作范围15kHz-30kHz,带内起伏±4dB。结果表明,指向性障板圆管换能器可以实现宽带工作和指向性发射,测量结果和ANSYS软件的计算结果基本吻合。