环形压电超声换能器具有声波沿半径方向辐射无指向性,声辐射效率高,较高的接收灵敏度以及单一的径向振动模式等特点,被广泛应用于功率超声、水声研究和声呐探测等领域。传统纵向夹心式压电换能器存在着声辐射方向单一、功率容量小的缺点,不能适应一些特殊领域全方位高强声波辐射的需要。本文提出一种新型二维正交复合夹心式压电环形换能器。其目的在于通过特殊的结构设计和振动模式耦合,解决现有纵向和径向辐射超声换能器存在的超声作用方向单一、超声辐射面积和功率容量有限、径向超声辐射强度较弱、径向预应力难以控制及结构过于复杂等不足,实现对现有的纵向和径向超声换能器的结构和振动性能达到改进和提高,主要研究内容如下:（1）基于力-电-声类比原理,在L-L型二维纵向振动方向变换器的基础上,设置三组压电陶瓷晶堆,提出了二维正交复合三激励纵向振动夹心式压电换能器,并建立了其机电等效电路模型,得到了其共振方程。结合数值计算软件Maple得到的等效电路法结果,有限元软件COMSOL的仿真模拟结果和实验样品的测试结果,证明了该机电等效电路方法的正确性。（2）提出了二维夹心式正交复合驱动环形换能器,其结构是通过将正交复合纵向振动夹心式压电激励器与外部金属圆环内部径向耦合。并基于一维弹性振动理论和能量守恒法,对金属圆环高阶径向振动模式时的等效质量进行修正,并由机电类比原理建立了圆环的机电等效电路模型。由换能器的连续边界条件,建立换能器整体的机电等效电路模型和共振频率方程,并利用有限元仿真软件和数值计算软件研究了不同圆环厚度和不同材料属性对换能器共振频率的影响。利用有限元软件模拟并得到换能器水中工作时的径向声场分布。另外通过加工并测试实物换能器,验证了理论模型的正确性。并为换能器加上密封盖,测试得到频率-阻抗特性,其各部分振动情况符合理论分析和有限元仿真结果,为该类换能器的工业应用提供了工程设计理论参考和可行性工作机理支撑。