本文基于等效介质理论和多重散射理论,介绍了平面梯度声透镜的设计原理。根据COMSOL MULTIPHYSICS有限元仿真软件,建立了声透镜的数值计算模型,研究了声透镜的聚焦带宽和聚焦机理,并分析了几何参数和不同类型缺陷对声透镜聚焦效果的影响。加工了四排散射体声透镜,进行了声透镜聚焦实验。采用线阵扫描方法,测量了声透镜轴向、横向以及水平平面上的声场分布。仿真研究结果表明,平面梯度声透镜具有良好地聚焦效果,并且聚焦具有宽频带特性。对于仿真中的四排散射体声透镜,最大增益为4.6d B,通带频率为2000Hz-7000Hz。增加声透镜的口径可以在保持增益不变的情况下,增大声透镜的聚焦距离。增加声透镜的厚度使得聚焦通带变宽,依次增大的峰值的数目增加,同时能够实现的最大增益也相应增大。减小晶格单元的尺寸使得聚焦通带变宽,同时声透镜的频响特性曲线将变得更加平滑。对于四排散射体声透镜,轴向线缺陷使得聚焦频响曲线向高频发生略微移动,增益大小变化不大,焦距变大;第二排线缺陷使得聚焦效果和两排散射体声透镜类似,只是频响特性曲线向低频发生了很大的移动,并且增益和焦距都变小;出射端面9个对称点缺陷使得聚焦效果和三排散射体声透镜比较类似,只是聚焦频响特性曲线变得更加平缓。最后,声透镜聚焦的产生和声波能量在散射体之间的能量局域随频率以及空间的分布有直接关系。实验结果表明,在不同频率下,轴向的增益随距离的变化验证了声透镜具有较好的聚焦效果,横向的增益随距离的变化说明了声透镜的宽频带特性,平面聚焦声场分布更进一步验证了声透镜的聚焦效果。