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（2）超声波的衍射

分析超声衍射的物理基础是惠更斯（Huygens）原理。该原理由荷兰物理学家惠更斯于 1690年提出。按此原理，媒质中波动传到的各点，都可以看作是发射声波的新波源（或称次波源）。以后时刻的波阵面，可由这些新波源发出的子波波前的包络面做出。

将这一原理运用于衍射问题，可分析声源辐射声场特性，也可解释超声波遇到障碍物时，波阵面发生畸变的现象，下面分远场区和近场区分别讨论。

①远场区。设超声波换能器是一小圆片，可以把表面上的每点都看成是振源，衍射出一个小球面波（子波），这些子波是没有指向性的。但离开换能器的空间某一点的声压是这些无数个子波叠加的结果（衍射），却有指向性。指向性用所谓指向性图案来描述（见图2-9）。圆片换能器的指向性图案是由一个主瓣与几个副瓣构成。这些图案的物理意义是θ= 0°时声压极大，θ逐渐增加时，声压减少。通常用θ角处声压对θ=0°时的声压比值表示，其比值叫做指向因素。可以证明

式中，顿为声源直径；为声波在介质中的波长； 伍为主瓣的半扩散角。

②近场区。在换能器表面附近，由于衍射的结果，沿某轴向各点的声场会周期性地出现极大值和极小值，如图2-10所示。如以滨代表离圆片距离虫处的声强， 代表声场的极大值，则有

由此得到声强极大值处的坐标为

式中，n=为0，1，2，…；a为圆形换能器的半径。最远的极大值相当于n= 0，对应的距离为：

当补&苍产蝉辫;λ时， &苍产蝉辫;。这说明后就不再有声强极大值出现， 后即进入远场范围。