液腔谐振模态(也称Helmholtz谐振模态)是水声换能器中常用的低频振动模态。它具有谐振频率低、模态的机电转换系数高等优点,能够实现小尺寸、低频、大功率发射。此外,由于液腔具有天然的溢流结构,基于液腔振动的水声换能器通常能够实现深水工作。另外液腔振动模态还可以与驱动源的结构振动模态耦合形成宽带发射,因此在水声换能器中得到了广泛地应用。目前,针对于水声换能器中液腔振动的理论分析通常采用集中参数模型分析方法,对液腔振动的分析仅局限于一阶液腔振动,且由于采用过多假设分析使结果存在较大误差。本文利用分布参数模型对水声换能器中的液腔振动开展了理论研究,将对液腔振动的分析对象拓展到多阶模态。首先,利用分布参数模型分析方法对液腔振动进行分析,由圆柱形液腔振动所满足的波动方程得到其声压及振速分布函数,通过边界条件解出声压与体积速度的关系式,进而得到液腔的四端网络等效电路图;同时对实际应用中液腔弹性腔壁对液腔振动所产生的影响进行研究,提出弹性腔内流体声速修正方法,能够有效提高理论计算的准确性。其次,设计由压电圆环激励的对称液腔换能器及非对称液腔换能器用于理论验证。给出换能器模型对应的完整等效电路图以计算液腔多阶谐振频率,并利用有限元软件COMSOL进行仿真计算,与理论计算结果进行对比,验证理论分析的准确性。依据仿真设计结果制作对称及非对称液腔换能器实验样机,并于水池测试其电声性能,对理论及仿真计算结果进行验证。实验结果与理论及仿真结果符合的较好,证明该理论方法对于设计液腔换能器具有指导意义。最后,为改善液腔换能器的性能,提出了圆锥形液腔辐射端及多激励驱动优化方案,在提高发送电压响应的同时实现多阶液腔谐振峰处发送电压响应值的一致性。利用换能器模型对应的等效电路图计算各阶液腔谐振频率,并采用仿真分析对理论计算结果及性能优化方案进行验证。最终设计一款低频液腔换能器,检验该方案在低频、宽带、大功率发射方面的有效性。