从换能器特性和定向声工作原理入手，介绍了超声波指向性原理以及非线性交互作用理论，分析了定向声换能器的原理及实现方法。通过对压电换能器和磁质伸缩换能器的对比，最终确定了压电换能器作为该论文所涉及硬件的构成元件，设计了压电换能器的阵列。运用MATLAB软件仿真了不同换能器阵列对声波指向性的影响。最终发现：选用发声面比较大的换能器，换能器之间的间隔比较靠近，阵元个数较多的阵列，驱动信号的频率在某个范围能尽可能大时，所设计的换能器阵列的指向性较好。一般来说换能器的发声面和阵列布局是对称结构时得出的指向性图也是对称的。用阻抗分析仪对单个换能器和换能器阵列的阻抗进行了测试，得出两个谐振频率。根据23kHz这个谐振频率，设计了大功率定向声换能器硬件实验平台，该平台主要包括换能器阵列、双电源、功率放大器、阻抗匹配电路等组成。其中，为了确保换能器阵列具有足够的功率和效率，设计了一种由D类功放电路、LC滤波电路组成的驱动电路，确保将超声信号无失真放大，放大倍数可以达到20倍，可以成功驱动换能器阵列发声，驱动功率约为10w。为检验换能器的指向性，设计了两种新方法，其中一种方法是通过仪器测量超声波声压级的方式间接地测试指向性。采用在多个点测量声压级的方式进而推算出定向声换能器阵列的指向性角。可以得出结论：3×3换能器阵列在频度为23kHz时，波束宽度3dB20，指向性锐角小于10°；在频率较高时会现出旁瓣，但相对于主瓣而言可忽略不计。另一种方法是在消音室内用频率分析仪测试的，通过频率响应图，从中可以读出谐振时的声压级是111.7db，声压相应的下降3db和主传播轴所成的角度大约是11°，也就是指向性锐角是11°。由于暂时没有真正可以直接产生指向性图的设备，所以上述测试结论有一定的误差。