球面型换能器及基阵是典型的声学基阵类型，在空气声和水声中有着十分重要的意义。球面型换能器及基阵是三维的，在接收信号时比一维的线阵和二维的面阵会获得更多的声源信息;辐射面或接收面是球面的，适合于球面坐标下利用球谐分析对换能器及基阵进行研究;在空间指向性上，容易形成立体宽波束，满足特定的要求，如半空间指向性或球冠空间指向性;在高频时，体积可以很大而不影响指向性，因此可以获得更高的功率输出。球面型换能器及基阵的这些优点将大大促进其在水声领域的理论分析及应用研究。球面型基阵也是实现高频、宽波束、大功率声辐射的有效形式。　　球面波动方程是球面类换能器及基阵辐射的理论基础。在分离变量法求解波动方程的基础上，利用球谐傅里叶变换、球面振速谱和声压谱方法，推导出在不同边界下球面声辐射特性的通解。球谐函数和球柱面函数是揭示球面声辐射特性的主要工具，因此研究了球谐函数的特性尤其是在声压求解中用到的积分特性，以及球汉克尔函数的远场近似特性和一阶导数的简洁表达式。在已有球面波辐射理论和数学工具的基础上，分别推导出轴对称形中球冠、球带和球环的远场辐射声压、指向性和辐射阻抗的计算公式;分析了球冠远场辐射声压指向性随球冠极角、球障板半径、工作频率及波数与球障板半径乘积的变化规律;同时分析了球冠辐射阻抗的变化规律;推导出非轴对称形状中等腰梯形、矩形和方形球面的远场辐射声压、指向性和辐射阻抗计算公式;给出了球面型换能器及基阵的设计准则。最后，研制了基于单一纵向、向心振子的球冠形、匹配层、高频、宽带、宽波束换能器基阵和方形球面垂直布阵的换能器基阵以及基于方球面水泥基压电复合材料的高频、宽波束、大功率换能器。