相控阵探头的聚焦

根据声束扩散的角度，可以算出到探头任何距离的声束直径。在使用正方形或长方形相控阵探头的情况下，声束在被动面上的扩散与未聚焦的探头相似。在电子偏转面（或称主动面）上，声束可被电子聚焦，其声能在适当的深度被汇聚在一起。聚焦探头的波束形状一般为椎体（在单轴聚焦的情况下为楔形），声束被汇集成焦点后，再从焦点处以相同的角度扩散，如下所述：

近场长度以及超声声束的自然扩散由孔径（等同于常规整体式探头的晶片直径）和波长（声速除以频率）决定。对于未聚焦的探头来说，可根据以下公式计算出探头的近场长度、声束扩散角度及声束直径：

特定材料内的近场长度还会决定声束可被聚焦的最大的深度。声束不能在超过近场边缘以外的区域聚焦。

聚焦探头的有效灵敏度受缺陷位置处的声束直径的影响。声束直径越小，小缺陷所反射的能量就会越大。聚焦探头在焦点处的-6 dB声束直径的计算如下：

从这些公式可以看出，随着晶片直径和/或频率的增加，声束散播的角度会降低。由于较小的声束扩散角度会使声能消散的更慢一些，因此在远场区域内会产生更有效的灵敏度。在近场区域内，探头可被聚焦创建一条将声能汇聚在一起而不是使声能发散的声束。在将声束直径减少到焦点的过程中，在聚焦区域内声束每前进一步声能就会增加一点，从而可提高探测小反射体的灵敏度。常规探头通常会使用声学折射透镜达到这个目的，而相控阵探头则通过电子方式实现这个目的，即以相控脉冲激励的方式获得想要的声束形状。

最常用的带有长方形晶片的线性相控阵探头所发出的声束会在电子偏转主动方向上聚焦，而在被动方向上不会聚焦。增加孔径尺寸会增加聚焦声束的锐利度，如这些声束形状图所示。红色为声压最高的区域，蓝色为声压较低的区域。

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