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通常根据探头晶片的物理排列对相控阵探头进行分类。在工业无损检测领域中，最简单的排列是最常见的。随着设备和软件的发展，低成本的复杂排列更加容易实现。以下列举主要的探头阵元排列类型。
线阵是最常见的阵列形式，其结构简单，如图3-3所示。线阵探头仅在一个平面内执行扫描控制。由于阵元仅按直线排列在一个平面上，也称为一维阵列。线阵通常可使所需阵元减至最少，成本较低。超声波检测中，线阵具有执行线扫描或扇扫描（或同时执行）的能力，因此在不使用更昂贵设备的前提下，该多功能探头可实现多种扫查。然而，线阵也确实有一些缺点。首先，最重要的是其偏转能力受限于单个平面，因此经常需要探头移动一定角度，以完整扫查。其次，需要使用多种形状和尺寸的线阵探头，以达到与复杂探头相同的性能。克服探头设计缺陷的其中一个方法是制作专用线阵探头。如图3-4和图3-5所示为曲面线阵和聚焦线阵等不同的线阵。
图3-3 线阵结构
图3-4 曲面线阵
图3-5 聚焦线阵
曲面线阵在工业超声波检测领域中主要用于棒材和管材的检测或飞机部件的检测。在医学领域中应用更加广泛。
聚焦线阵主要用于需要在线阵换能器近场区聚焦的场合。这种聚焦方式可以显著提高近场分辨力。由于其扫描深度固定，限制了探头的应用。
通常情况下，矩阵可在两个方向上扫描。虽然矩阵成本较高，但其灵活性好，矩阵可使声束三维聚焦和偏转，进而提高了探头的用途。另外，对于不同深度、位置和取向的缺欠，声束都能很好地聚焦。矩阵还具有将声束从复杂结构的可达极限位置偏转的能力。如今，矩阵最常用于医学领域，以及核工业复杂和关键部件的检测。也就是说，计算机技术的发展拓宽了这些探头的应用。
1.5D阵列探头只能使声束在与主轴垂直的平面上偏转。第二平面上阵元数量少于8个时，偏转受限，结构如图3-6所示。二维阵列在两个方向上均有8个以上阵元，其结构如图3-7所示。
图3-6 1.5D阵列结构
图3-7 二维阵列结构
环阵是将晶片做成同心环形，每个环均为圆柱截面，可降低串扰。通过多路传输技术，使用标准设备依次激发环形截面发射脉冲，就能获得与各个圆环参数匹配的焦点。当使用相控阵系统按照环形探头结构设计时，聚焦控制会更灵活。相控阵环阵会产生多个焦点，使声束在被检材料的不同声程处聚焦，即可提高分辨力。环阵设计结构如图3-8所示。
图3-8 环阵设计结构
环阵主要用于直声束检测，如钢坯、锻件。在单晶探头设计中，这种模式可提高比参考试样更大深度范围内小缺陷的检出能力，然而，由于单晶圆环的结构，这些探头用于接触法或液浸法检测时，没有偏转能力。
Rho-theta阵列探头是以半径（Radius—rho）和角度（Angle —θ ）作为极坐标，对缺陷定位更精准，并具有声束偏转的能力。Rho-theta阵列探头如图3-9所示。与环阵探头类似，Rho-theta阵列探头由一系列圆环组成，但单个圆环又分为多个尺寸相等的阵元，且与单晶探头变成线阵不同。
这种结构可使探头同时聚焦至不同深度，利用相似的延迟法则可将声束偏转至所需方向。因此，这类探头用途更广，尤其可用于检测大型零部件。通常，为确保该探头的每个部分效果相同，应使每个部分的面积相同。由于该圆环各部分的排列状况，Rho-theta阵列探头又称为分割环形探头，Rho-theta阵列探头的细节如图3-10所示。
通过声束偏转形成点聚焦，可使Rho-theta阵列达到最高的分辨力，但该类阵列结构复杂、成本高昂。
图3-9 Rho-theta阵列结构
图3-10 Rho-theta阵列结构细节
（1）菊型阵列 菊型阵列探头的阵元呈弯曲排布、首尾相邻，实质上不比线阵探头复杂。该类探头主要用于检测管材截面——可对管材圆周截面进行同时检测，这显著提高了检测速度。然而，由于其无法检测管材外部，所以是一种特殊用途的探头，如图3-11所示。
（2）环绕阵列 环绕阵列探头（见图3-12）主要用于检测管道、管材和棒材。由于其直径固定，主要用于单个特定部件的检测。环绕阵列探头可改进为分割式环绕探头，即将探头分成两部分，每部分呈半圆形。在自动化系统中，可将两部分探头移动、聚拢，以匹配管道截面。同时，单个探头的阵元数减少了，也就降低了所有阵元集合在整个环绕阵列探头中的制作难度。
图3-11 菊型阵列结构
图3-12 环绕阵列结构
以上仅列举了典型的阵列结构。只要可以获得相应的有效面积，阵元结构也可以制作成别的形式。如果要达到更高的检测精度，就需要增加阵元数量。阵列微型化是医学领域的特色。国外有关研究机构研制了一款40MHz的1.2μm芯片，这是世界首台电子偏转矩阵三维超声波成像仪的声束成形装置。该成果利用MEMS（微电机系统）技术，在直径约为18mm的空间上制作了64×64（4096阵元）阵列。