GJB 151 CS116测试项校准争议的技术解读

在 GJB 151B-2013 及 GJB 151C-2024 的 CS116 阻尼正弦瞬态传导敏感度试验中，关于第一峰值电流 Ip 应取"第一正峰"还是"第一负峰"，长期存在技术分歧。本文从标准理想波形出发，结合阻尼因子 Q 与周期数 N 的定量关系，梳理 GJB 151B-2013《实施指南》与 MIL-STD-461F/G 附录的相关条文，并对照三家国外主流设备的实测波形，论证对工程用余弦型阻尼振荡发生器读取第一负峰作为 Ip 的合理性，同时给出可操作的校准流程与常见误区提示。

一、CS116 测试项的技术定位

CS116 是 GJB 151B-2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》第 5.18 条规定的试验项目，对应美军标 MIL-STD-461 系列的 CS116，考核对象为被试验设备（EUT）承受经电缆束与电源线耦合进入的阻尼正弦瞬态电流的能力。

该试验项目所模拟的实际威胁包括雷电间接效应，以及平台内高压开关动作、继电器与接触器切换等在电缆线束上激起的高频衰减振荡——其波形形态为一串幅值按指数规律衰减的正弦振荡。标准规定的测试频点与注入电流严酷度要求如表 1 所示。

表 1　CS116 测试频点与注入电流严酷度要求

试验时脉冲重复率为每秒 0.5 至 1 次，每个频点施加 5 分钟，电流经注入探头耦合至电缆束。

CS116 与同样采用电缆束注入方式的 CS114 在物理本质上存在明确区分，两者互为补充，其区别如表 2 所示。

表 2　CS116 与 CS114 的技术对比

简言之，CS114 考核的是持续骚扰，CS116 考核的是单次重击。校准环节的严酷度把握，直接决定试验是否真正作用于 EUT 的薄弱环节。

二、标准规定的理想波形

理解校准争议的前提，是准确把握标准正文所规定的理想阻尼正弦波形及其数学描述。本节从波形定义、阻尼因子计算、N 值判据的设定逻辑三个层面展开，并给出定量算例。

一. 波形定义与关键点

GJB 151B 标准正文给出了一条理想的阻尼正弦衰减曲线。标准定义：a 点为电流第一次上升到最大值的位置，即第一周期峰值电流 Ip；c 点标注 1/f 位置，即一个周期 T 的测量点。在严格定义下应有 Toa = 1/4 Toc 的关系。

图 1　GJB 151B CS116 规定的理想阻尼正弦电流波形标准

原文给出的电流归一化波形如下。

图 2

*标准原文：电流归一化波形与阻尼因子其中阻尼因子 Q 的合格范围为 Q = 15 ± 5，即 10 至 20。式中 f 为振荡频率（单位 Hz），t 为时间（单位 s），Q 为阻尼因子（无量纲），决定包络的衰减快慢——Q 值越大，包络衰减越慢，振荡持续的周期数越多。

从物理含义上看，该表达式描述的是一个从零时刻起振、幅值按指数规律衰减的正弦振荡。Q 值直接决定能量在多少个周期内衰减至一半：Q 值过小则试验严酷度不足，Q 值过大则振荡拖尾过长、超出标准意图。

二. 阻尼因子的计算方法

标准给出了阻尼因子的计算式及其参数定义，如图 3 所示。

图3

*标准原文：阻尼因子计算式及参数说明式中 Q 为阻尼因子；N 为周期数（例如 N = 2、3、4、5……）；Ip 为第 1 周期峰值电流；IN 为衰减到 50% 左右时的峰值电流；ln 为自然对数。

三. 标准为何将 50% 衰减位置定为 N 的判据

从数学关系上看，理想阻尼正弦的 Q 值是波形本身的固有参数，与选取哪一个 N 点进行计算无关——包络是严格的指数衰减，任意两个峰的比值所算出的 Q 值均相同。

但在工程实际中，模型出现了偏离：高压开关、磁芯材料、电流探头等器件存在非线性特性，包络并非严格指数衰减；N 点选取不同，计算出的 Q 值即不同，N 因此成为一个不确定量。为保证试验一致性并支持实验室间比对，标准规定了一个统一的读数位置。取 50% 位置是一种折中优选：此时 N 一般落在 3 至 5 之间，多数设备自然落在 4 或 5 上，Q 值正好合格——既不要求极高的 Q 值，也不允许过于宽松。

四. 算例：不同 N 值对应的 Q 值

假定 IN = 0.5·Ip，代入 Q = π(N−1) / ln(Ip/IN) 计算，结果如表 3 所示。

表 3　假定 IN = 0.5·Ip 时，不同 N 对应的 Q 值

以 N = 4 为例，分子 π × (4−1) = 3π ≈ 9.42，分母 ln(Ip / 0.5·Ip) = ln 2 ≈ 0.693，故 Q ≈ 13.6。

以 N = 5 为例，分子 π × (5−1) = 4π ≈ 12.57，分母同为 ln 2 ≈ 0.693，故 Q ≈ 18.1。两者均落在 10 至 20 的合格窗口内。

由此可得工程结论：N 取 4 或 5 时，Q 值约落在 13.6 至 18.1 之间，完全满足 15±5 的要求；N 取 3 时，Q = 9.1，已贴近下限 10。若 N = 3 且实际 IN 比 0.5·Ip 更大（即衰减更慢），则 ln(Ip/IN) 变小，Q 值反而可能超过 10 。工程实际中，50% 对应的 N 值一般落在 3 至 5 之间，多数情况下为 4 或 5。

三、校准争议的核心

在明确标准理想波形的定义之后，即可聚焦争议本身：当实测波形偏离理想形态时，第一峰值电流 Ip 的读数位置应如何确定。本节说明争议的技术根源，并交代其与标准正文表述之间的落差。

一. 争议焦点

争议的核心在于：当第一正峰出现失真后，Ip 究竟应当读取哪一个峰值。

在标准描述的理想情形下，波形从零平滑起振，第一个半周为正半波，a 点即为 Ip，随后自然衰减。此时读取第一正峰，定义自洽，不存在争议。

而在工程实际情形下，开关闭合瞬间输出一个快速阶跃，第一正峰普遍出现失真，其中包含振荡、过冲、凹陷等成分，本质上已不是理想的余弦波形。此时真正的零点位于 b 点，从 b 点起算的第一负峰才是有效的 Ip。

若强行将失真的第一正峰认定为 Ip，则由于波形天然缺失约 0.25 个周期，等效严酷度很可能会低于标准所规定的阻尼正弦波形——即使 Q 值计算合格，试验施加到 EUT 上的能量仍可能低于标准本意。这违背了使用阻尼余弦设备的前提条件。

二. 工程实际与标准描述的差距

标准要求与工程实际之间存在一定差距，这符合一般的客观规律。为帮助管理人员和技术人员正确理解和使用标准，我国于 2016 年 4 月颁布了 GJB 151B-2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量 实施指南》。

图 4　GJB 151B-2013《实施指南》封面

该文件所要解决的问题在于：标准正文描述的是"应当怎么做"，给出的是理想波形与判据；而工程现实与标准之间总会存在差距，这本《实施指南》回答的则是"实际做不到时该怎么办"。就 CS116 这一争议而言，标准正文并未给出清晰说明，答案位于该指南 P55。

四、实施指南与美军标附录的依据

标准正文未对此争议给出明确说明，但其解释性文件与所参照的美军标附录已有清晰口径。本节逐条梳理这些条文依据。

一. 《实施指南》P55 的明确口径

《实施指南》P55 对 CS116 的 Q 值测量给出了明确条款，原文如下。

对于注入波形 Q 值的测量，GJB 151B-2013 图 47 规定依据第一个正半周正弦波峰和最接近幅度下降约 50% 的正向波峰进行计算。有些设备采用了阻尼余弦波形，由于其前沿的快速上升时间，波形比阻尼正弦波更为严格，因此并不禁止使用这类设备。但因前沿效应导致的潜在失真，阻尼余弦波的第一个波峰不能用于 Q 值计算，而应根据下一个负向半正弦波峰和最接近幅度下降约 50% 的负向波峰进行计算。阻尼正弦波测试正常的设备，可能在阻尼余弦波测试下出现故障。

该条款同时指出，与 CS114、CS115 类似，对全屏蔽线缆等低阻抗电缆测试时，容易出现信号发生器稍微施加信号、监测电流即达到限值要求的情况（尤其在 1 MHz 以下频段）。此种情况下，可在信号发生器输出和注入探头之间使用功率衰减器，以使感应电流不超过限值要求，衰减器的带宽和可承受功率应满足信号发生器输出信号的衰减需求。

二. 标准对注入极性不作要求

《实施指南》另有一段关于极性的说明，原文如下。

由于不管第一个峰值的极性如何，阻尼正弦信号的品质因数（阻尼因子 Q）可在波形上正向和负向均产生明显峰值，所以对注入信号的极性不作要求。

上述内容表明，标准对该测试项的注入极性没有要求。所谓"第一负峰"的表述，更多是为了便于定义和沟通：若电流探头反向注入，则原本的第一负峰亦可称为阻尼正弦的第一正峰。在保证阻尼因子 Q 合格的前提下，均可向被试验设备施加足够的能量。因此，注入电流的幅值与频率分量，才是该测试项必须确保的关键点。

该段说明同时指出，本方法与 CS114 等其他方法所采用的共模注入技术，均属平台实际耦合机理的局部模拟。平台中的电磁场在空间分布，而注入探头内的磁场出现于磁芯位置；注入探头能够在电路环路里产生感应电压和感应电流，两者大小由电路环路阻抗决定。电缆束各单独电路之间的耦合关系非常复杂，为减小高频段由于较短波长影响电流分布而产生的明显偏差，出于标准化目的，测试时要求注入探头靠近 EUT 连接器。

三. 溯源：MIL-STD-461F/G 附录的同一口径

GJB 151B 标准与《实施指南》大多参照美军标制定和修改，因此 MIL-STD-461F 与 G 标准的附录中亦有相关描述，且与我国《实施指南》的内容完全一致，如图 5 所示。

图 5 MIL-461标准附录原文

在 MIL 标准的 G 版本中，还进一步增加了理想余弦波形，将阻尼正弦与阻尼余弦两种波形及各自的 Ip 定义并列绘出。

图 6

MIL-STD-461G Appendix A 中阻尼正弦与阻尼余弦波形及 Ip 定义对比图中两个 Ip 的含义区分明确：Ip (sine) 为阻尼正弦波形的第一峰，即从零起振的第一个正峰；Ip (cosine) 为阻尼余弦波形的第一峰，即从阶跃起点直接跳到的那个最大反向峰。两条曲线的 N = 1、N = 2 等标记位置刻意错开，说明对余弦设备而言，周期数 N 必须从 b 点（第一个完整过零点）之后开始计数。

五、工程实际与国外主流设备实测

标准依据之外，工程实现层面的证据同样重要。本节先说明余弦发生的电路机理，再以三家国外主流设备的实测波形与校准软件读数逻辑加以印证。

一. 波形定义与关键点

事实上，国内外所有此类发生器均基于 LC 阻尼谐振加高压开关的原理设计，其电路由高压波形电容、高压脉冲开关、LC 阻尼谐振回路与注入电流探头构成。之所以输出必然为"余弦"而非"正弦"，原因有以下三点。

开关闭合瞬间，电容对 LC 回路放电，输出立刻跳到一个阶跃峰值，而非从零平滑起振——波形天然从最大值开始，即"余弦起振"。

该第一阶跃的持续时间远小于四分之一周期，尤其在低频点更为明显（10 kHz 时周期为 100 μs），前沿的边沿效应会带来过冲、振荡与下陷。

因此，第一正半周（失真峰）不能作为 Q 值计算的 Ip；真正的零点位于第一负峰之前的过零点 b 上。

需要强调的是，在电路层面，第一阶跃峰值的持续时间不能等同于图 1 中的 T0a，因为 T0a 远小于四分之一周期，低频点尤为突出。由于边沿效应，第一阶跃峰值通常会出现失真，失真包含振荡、过冲、下陷等情形，本质上属于非理想余弦波形。真正的零点其实在 b 点，并把第一负峰作为有效的 Ip，此时频率的测量也只能从 b 点开始计算到 d 点，或在后续周期取平均。任何情况下，此类设备施加的严酷度不会低于标准的正弦阻尼波形，因此作为军用测试设备是被允许的。

二. 例一：MONTENA 校准连接与设备构成

瑞士 MONTENA 公司的军标 EMC 测试仪器是其最核心的业务，其宣传资料中展示了完整的校准连接实物图，可作为上述观点的佐证，如图 7 所示。

图 7　

MONTENA CS116校准连接实物图上图虽看不清频率点，但首峰存在明显失真，由此可推断 Ip 的读数必然落在第一次反向峰值上。

三. 例二：MONTENA 上位机自动校准面板

图 8 展示了一个 MONTENA 上位机软件自动校准读取参数的显示面板。

图 8　

MONTENA CS116 上位机软件自动校准读取面板该软件的读数逻辑如下：右上方波形图中，蓝色箭头标注的 Ip 指向第一个负向峰值（约 −9 A），而非第一个正向畸变尖峰；下方 Measured Values 区显示最大幅值 Max. amplitude = 9.1 A（与箭头所指负峰幅值一致），频率 Frequency = 3.2 MHz，品质因数 Quality factor = 9.1。可见该自动校准程序系按"第一负峰"读数。

四. 例三：SOLAR 9354-1 实测波形

图 9 为某广电计量获取的 SOLAR 9354-1 设备于 100 MHz 频点的实测波形，现场测试记录时间为 2017 年 7 月 13 日。

图 9　

SOLAR 9354-1 于 100 MHz 频点的实测波形波形中红色箭头所指即第一个失真正峰。

五. 例四：EMC PARTNER MIL-MG3 实测波形

图 10 为某赛宝委修的 EMC PARTNER MIL-MG3 主机加波形模块于 100 MHz 频点的实测波形，测试地点为 3CTEST 测试间，测试记录时间为 2025 年 6 月 6 日。

图 10　

EMC PARTNER MIL-MG3 主机配 MIL3-30M100M 波形模块的 100 MHz 实测波形波形显示第一正峰为开关前沿失真。综合上述案例，三家设备的波形规律基本一致。

六、结论与操作建议

综合前文的条文依据与实测证据，本节给出核心结论、可直接落地的校准操作步骤，以及若干常见误区提示。

一. 核心结论

其一，标准理想波形是阻尼正弦，现实中难以实现。所有商用 CS116 发生器均采用 LC 阻尼谐振加高压开关的结构，输出天然为阻尼余弦，第一正峰因前沿效应必然失真。

其二，标准解释文件已明确口径。GJB 151B-2013《实施指南》P55 与 MIL-STD-461F/G Appendix A 一致规定：余弦波形的第一个峰不能用于 Q 值计算，应取下一个负向半周峰作为 Ip。

其三，国内外主流设备均按此实现。MONTENA 上位机自动读数取第一负峰；SOLAR 9354-1、EMC PARTNER MIL-MG3 的实测波形规律基本一致。

其四，不能取第一正峰的原因在于严酷度。第一正峰天然缺失约 0.25 个周期，即使 Q 值计算合格，等效严酷度也会低于标准阻尼正弦，这违背了允许使用余弦设备的前提。

二. 校准操作建议

按标准接好校准回路：发生器输出 → 电流注入探头 → 无感标准电阻负载 → 50 Ω 衰减器 → 示波器。

触发并观察完整波形，识别开关前沿失真区，即第一个小过冲或下陷段，不得将其作为 Ip。

找到第一个干净的过零点 b；从 b 之后第一个完整半周的峰值（通常为负峰）读数作为 Ip。

向后寻找幅值最接近 0.5·Ip 的那个峰值，记为 IN；同时数清它是第几个周期，记为 N。

代入 Q = π(N−1) / ln(Ip/IN) 计算，确认 10 ≤ Q ≤ 20；N 通常落在 4 至 5 即合格窗口。

频率 f 同样从 b 点开始测量，或在后续多个周期上取平均，不得使用前沿失真段计算周期。

上述操作建议的依据为 GJB 151B-2013《实施指南》P55、MIL-STD-461F/G Appendix A，以及 MONTENA 校准软件的默认读数逻辑。

三. 对余弦发生器的注入测试补充建议

对余弦型阻尼电流发生器，在向试品注入并进行测试时，由于耦合线缆束的寄生参数及负载特性具有多样性，实际监测到的电流波形前几个周期通常会出现严重畸变。此时读取最大电流，本着不降低试验严酷度的原则，应直接寻找最大峰值，而不必拘泥于峰值出现的位置。

四. 四个常见误区

误区一：将第一个尖峰当作 Ip。这是最直觉的读法，但该尖峰实为开关前沿失真峰，会导致 Ip 偏小、Q 值失真、严酷度不足。

误区二：为凑 Q 值而硬挪 N 点。N 必须是最接近 0.5·Ip 的那个周期，不能为了使 Q 值落在 15 附近而人为前后挪动 IN 的取点。

误区三：纠结电流探头极性。标准对注入极性不作要求。探头反接只是把"负峰"改称"正峰"，物理能量完全一致，无须纠结。

误区四：认为余弦设备更为宽松。事实恰恰相反：余弦前沿更快，比理想正弦更为严酷。标准允许使用该类设备，但不得降低严酷度。任何情况下，此类设备施加的严酷度都不应低于标准阻尼正弦，这是允许使用余弦设备的物理前提。

五. 小结

许多技术人员对标准正文较为熟悉，却较少关注附录或实施指南手册中关于特殊情况的解释。现实与理想之间的差异，往往需要更多的分析、解释与替代才可以弥补。读取第一正峰值符合第一直觉，但对余弦发生器而言，根据上文分析，本着不降低试验严酷度的先决条件，读取第一负峰是目前较正确或合理的做法。理解现实和理想波形之间的差距，需要通过标准条文、实施指南、附录与主流设备实现等多个层面的相互印证。

参考文献

[1] GJB 151B-2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》5.18 条 · CS116。

[2] GJB 151B-2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量 实施指南》（2016 年 4 月）P55，关于 CS116 Q 值测量与注入极性的说明。

[3] MIL-STD-461F, Appendix A。

[4] MIL-STD-461G, Appendix A，阻尼正弦与阻尼余弦波形对比图。