低频主动探测情况下,使用指向性发射换能器可以降低混响,提高探测距离。低频换能器的尺寸远小于波长,通常其指向性为全指向性,因此低频指向性发射换能器的研究具有重要意义。本文主要基于多极子模型展开对低频小尺寸换能器实现指向性声发射的研究。首先,进行多极子声源的理论研究。基于点声源理论模型,分别对心形指向性与超指向性声发射进行理论分析。在此基础上提出实现低频指向性声发射的四极子模型,对该模型进行初步的理论分析。考虑实际情况,结合互辐射理论,实现对四极子模型较深入的理论研究。其次,进行指向性声源理论模型的实验验证。根据四极子声源的理论模型,应用球型换能器构建该声源实验模型。在消声水池中对该声源实验模型进行测试,完成对四极子声源理论模型的实验验证。再次,进行四极子发射换能器有限元分析。建立该发射换能器有限元模型,基于此模型完成两同相振源、两反相振源的有限元分析。应用该模型分别实现超指向性发射以及全指向性声发射,并将超指向性发射与全指向性发射的有限元分析结果进行对比,全指向性谐振时的发送电压响应为132.5dB,换能器超指向性发射主瓣方向谐振时的发送电压响应为143dB,结果表明,该多极子换能器进行指向性发射有助于提高发送电压响应。最后,进行四极子换能器的水池实验。应用该换能器分别实现两同相声源声发射、两反相声源声发射、超指向性声发射,换能器超指向性发射主瓣方向谐振时的发送电压响应为139.4dB,并将实验结果与仿真结果进行对比分析。