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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen eines Einklemmschutzes
für bewegte
Teile eines Kraftfahrzeugs unter Verwendung mindestens eines Sensors
und eine Einklemmschutzvorrichtung.
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Aus
der
DE 102 48 762
B4 ist ein Kraftfahrzeug mit einem verfahrbaren Verdeck
bekannt, welches verschiedene Sensor-Prinzipien zur Erkennung eines Eingriffs
in einen Bewegungsraum eines Verdeckmechanismus verwendet. Dabei
wird nach dem Erkennen einer Störung
einer der Detektionseinrichtungen oder nach dem Erkennen einer Einklemmsituation
die Verdeckbewegung beeinflusst. Es soll dabei möglichst frühzeitig eine Eingriffssituation
bzw. eine drohende Einklemmsituation in dem Verfahrbereich des Verdeckmechanismus
erkannt werden und eine zuverlässige
Abschaltung bzw. Bremsung des Verdecks erreicht werden. Hierzu wird
im Wesentlichen vorgeschlagen, verschiedenartige Sensorsysteme gleichzeitig
am Fahrzeug vorzusehen, damit auf Grund sich ergänzender Vorteile der einzelnen
Sensorprinzipien in Summe eine zuverlässige Erkennung eines Einklemmschutzes
erreicht ist. Vorgeschlagen werden der parallel Einsatz optischer
Sensoren, eine Mikrowellen-basierte Senso rik, Ultraschall-Sensoren,
Drucksensoren oder kapazitive Sensoren. Außerdem kann als mögliches
Erkennungsprinzip die Messung und Auswertung der Stromaufnahme des Verdeckantriebs
sein. Es wird weiterhin angegeben, eine optische Sensorik dahingehend
auszubilden, dass Bildsensoren im Bereich einer A-Säule angeordnet sind, wobei
die Bildsensoren schwarz/weiß-Kameras sind, die
einen Fahrzeuginnenraum und einen hinteren Schwenkbereich des Verdecks
aufnehmen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Bereitstellen eines Einklemmschutzes
anzugeben, welches insbesondere ein verbessertes Früherkennen
eines Einklemmfalles gewährleistet.
Weiterhin soll ein Einklemmschutz angegeben werden, welcher kostengünstig und
insbesondere mit am Markt erhältlichen
Mitteln einfach verwirklichbar ist. Außerdem soll das Verfahren einfach
umsetzbar und insbesondere andere Einklemmschutzverfahren ergänzend anwendbar
sein.
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Diese
Aufgaben werden mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Gemäß der Erfindung
werden bekannte Lösungsansätze für einen
Einklemmschutz dadurch effektiv erweitert, dass bereits das Betreten
bzw. eine Annäherung
an ein Fahrzeug erkannt und ausgewertet wird, wobei zu diesem Zweck
Mikrowellen-Detektoren eingesetzt werden. Die Funktion einer Nahfeld- und
Fahrzeuginnenraum-Überwachung
wird dabei ebenfalls ausgeführt.
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Gegenüber akustischen
Systemen, wie z.B. auf Ultraschall-Messstrecken aufbauenden Anordnungen,
weist eine auf dem Einsatz von Mikrowellen basierende Lösung den
Vorteil auf, dass sich Mikrowellen mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten
und damit wesentlich schneller als Schallwellen sind. Zudem sind
Mikro wellen unempfindlich gegenüber
Luftbewegungen, wie z.B. Wind. Zudem weisen Ultraschallwellen-Messungen
Unsicherheiten hinsichtlich einer Bestimmung von Objektgrößen und
Bewegungsrichtungen auf und sind durch Feuchtigkeit auf einer Wandleroberfläche leicht
zu stören.
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Zu
optischen Systemen ist auf deren Störanfälligkeit bei höhere Partikelkonzentration
im Medium Luft hinzuweisen, was durch Rauch, Wasserdampf oder witterungsbedingt
auftretenden Nebel und durch Rauchen im Fahrzeuginnenraum im praktischen
Einsatz relativ häufig
auftritt. Negativen Einfluss haben aber auch Anteile des natürlich auftretenden
sichtbaren Lichts in Form von Streulicht oder Reflektionen, die
sie durch Schnee oder auch Spiegelungen auftreten können.
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U.a.
aus der
WO 99/60629
A1 ist ein als Photomischdetektor bzw. PMD bezeichnetes
Bauteil bekannt, das beispielsweise in der
DE 101 40 096 A1 bei Anordnung
als Knotenpunkt an einem Dachhimmel eines Fahrzeuges in Fahrtrichtung
blickend als Hinderniswarnsystem eingesetzt wird. Ein PMD eignet
sich zu einer sehr genauen Abstandsmessung bei Reichweiten von bis
zu 10 m. Dazu arbeitet ein PMD nach dem Prinzip des Lichtlaufzeitverfahrens: Das
ausgesandte Licht benötigt
eine gewisse Zeitspanne, um zu einem Objekt und von dort als Reflektion
zurück
zu dem Sensor zu gelangen. Diese Zeitspanne ist direkt proportional
zur zurückgelegten
Distanz. Im Vergleich zu konventionelle Sensoren, die ebenfalls
das Lichtlaufzeitverfahren verwenden, ist das Empfangselement des
PMD Sensors in einem sog. System-on-Chip-Design
ausgeführt:
Sowohl Sensorelement, als auch die Elektronik zur Signalauswertung
sind in einem einzigen Siliziumchip integriert. Dieses Design ermöglicht eine
hohe Leistung in einem kompakten und schon direkt industrietauglichen
Gehäuse.
Dieses Halbleiterbauelement ermöglicht
damit zusätzlich
zum konventionellen Helligkeitsbild auch, Entfernungen direkt im
Zuge einer eindimensionalen Messanordnung zu bestimmen. Ein besonderer
Vorteil des PMD-Systems besteht darin, dass eine effiziente Unterdrückung von
Fremdlicht, z.B. in Form der vorstehend genannten Streulicht- oder
Sonneneinstrahlung, erreicht wird. Das aktive Sendersignal wird
aus dem Umgebungslicht herausgefiltert und ermöglicht dadurch den Einsatz
auch unter schwierigeren Umgebungsbedingungen. Der negative Einfluss
höherer
Partikelkonzentration in dem Ausbreitungsmedium Luft bleibt jedoch
im Wesentlichen erhalten.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird daher das vorstehend skizzierte Funktionsprinzip
des Photomischdetektor in angepasster Weise unter Einsatz von Mikrowellen genutzt:
Die modulierte Wellenenergie wird durch ein entsprechendes Empfangselement,
also eine Antenne, in elektrische Energie umgewandelt und gleichzeitig
die Flussrichtung der elektrischen Ladung unter Einfluss eines Modulationssignals
geändert,
d. h. korrelativ demoduliert.
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Mikrowellen
sind elektromagnetische Strahlung in einem Frequenzbereich von ca.
300 MHz bis 300 GHz, dies entspricht einem Wellenlängenbereich zwischen
etwa 1 m und 1 mm. Die wesentlichen Vorteile derartiger MMD-Mikrowellensensoren
gegenüber
den optischen PMD-Sensoren sind die weitgehende Unempfindlichkeit
gegenüber
Witterungseinflüssen
in Form von Rauch, Nebel, Schnee usw., sowie die Unabhängigkeit
in Bezug auf Tageslicht. Eine von einem Sender emittierte Mikrowelle
wird von dem Zielobjekt reflektiert und trifft nach einer entfernungsbedingten
Laufzeit auf eine Empfangsantenne, in der sie eine Spannung bzw.
einen Strom infolge der Ladungsverschiebung induziert. Dabei übernimmt
die Antennenfläche,
wie die photoaktive Halbleiterschicht eines optischen PMD, die Rolle
der Energieumwandlung. Zur Detektion und zur Ladungsseparation mittels
der sog. Schaukelprozess des umgewandelten Ausgangssig nals der Antenne
dient eine Gegentakt-Gleichrichterschaltung. Dabei kann schaltungstechnisch
bereits eine Mischverstärkung
erzielt werden, so dass ein eine jeweilige Objektentfernung angebendes
Ausgangssignal nicht weiter verstärkt oder vor Signalverfälschung
besonders geschützt werden
muss.
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Ferner
ist aus dem Bereich der Radartechnik bekannt, dass ein von einem
Sender in Form eines Antennenarrays ausgesandter Strahl vollelektronisch geschwenkt
werden kann. Damit ist es in einer Ausführungsform der Erfindung möglich, von
einem MMD-Mikrowellensensor
aus einen vorgegebenen Bereich verzögerungsfrei und ohne Einsatz
verschleißbehafteter
mechanischer Komponenten in fast beliebiger Geschwindigkeit zur
Durchführung von
Entfernungsmessungen zu überstreichen.
Mikrowellen-Antennen weisen neben vergleichsweise hoher Design-Freiheit
auch eine gute Integrierbarkeit in ein Fahrzeugdesign auf, da sie
flach bauen und auch als Klebeetiketten aufgebracht oder gar in
transparente Flächen
von Fenstern oder Schiebedachelementen integrierbar sind.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung
unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung zur Nennung weiterer
Vorteile und Eigenheiten weiter beschrieben. Es zeigen in skizzierter
Form:
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1:
eine erfindungsgemäße Einklemmschutzvorrichtung
in einem mehrteiligen Klapp-Dach eines Cabriolet-Personenkraftfahrzeuges in einer Seitenansicht;
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2:
eine Frontansicht auf das Cabriolet-Fahrzeug gemäß
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1 und
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3:
ein Blockdiagramm einer Einklemmschutzvorrichtung mit einem MMD-Bauteil.
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Nachfolgend
werden über
die zu beschreibenden Abbildungen hinweg für gleiche Elemente sowie Elemente
gleicher Funktion auch einheitlich gleiche Bezeichnungen gewählt.
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Ein
in einer Cabriolet-Bauform nur angedeutetes Personenkraftfahrzeug 1 besitzt
in dem Ausführungsbeispiel
nach 1 ein prinzipiell bekanntes sogenanntes zweiteiliges
Klapp-Dach 2 bzw. Retractable Hard Top-Dach, kurz RHT.
Das RHT 2 weist zwei starre Dachteile 2a, 2b auf,
die mittels einer Betätigungskinematik 3 an
der Karosserie 4 des Fahrzeugs 1 angelenkt sind.
Derartige Dächer
können auch
als 3- oder gar 4-teilige Variante oder als Stoffverdecke ausgebildet
sein. Zum Ablegen eines derartigen Dachs 2 in einen Kofferraum
des Fahrzeugs 1 wird ein Kofferraumdeckel 5 mittels
einer geeigneten Betätigungsmechanik 6 in
eine geöffneten
Stellung verbracht, bei der ein in einer Fahrtrichtung 7 vorderer
Bereich 8 des Kofferraumdeckels 5 in einer gegenüber einer
Fahrbahn 9 angehobenen Position angeordnet ist.
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In
der exponierten Lage eines Endbereichs zwischen einer A-Säule 10 und eines Windlaufes 11 ist
ein erster Sensor 12 angeordnet. In dem in einer geöffneten
Stellung des Kofferraumdeckels 5 angehobenen vorderen Bereich 8 ist
ein zweiter Sensor 13 angeordnet. Die Sensoren 12, 13 sind
wesentliche Teile einer erfindungsgemäßen Einklemmschutzvorrichtung,
die in der vorstehend beschriebenen Art in zwei Bereichen angeordnet
ist, die auch während
einer hier skizzierten Dachöffnungs-
bzw. einer Dachschließphase
in ihrer Lage im Wesentlichen stationär verbleiben und dabei einen
ausreichenden Bereich im Fahrzeug-Innen- wie -Außenraum überstreichen.
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Der
Sensor 12 besitzt als Mittel zur Nahfeldüberwachung
ein erstes Sensorsichtfeld 12a. Das erste Sensorsichtfeld 12a ist
in einer Seitenansicht auf das Fahrzeug 1 nach 1 durch
einen vorderen Begrenzungsstrahl 12e und einen hinteren
Begrenzungsstrahl 12d begrenzt, welche derart ausgerichtet sind,
dass die Begrenzungsstrahlen 12e und 12d einen
Bereich A auf der Fahrbahn 9 abgrenzen. Der Bereich A umfasst
in einer Seitenansicht dieses Ausführungsbeispiels im Wesentlichen
den Bereich der Fahrgastzelle und des Kofferraums des Fahrzeugs 1, um
eine nachfolgend ohne Beschränkung
der Erfindung ausschließlich
dargestellte Außenraum-Überwachung
zu realisieren. In der Seitenansicht auf das Fahrzeug 1 gemäß 1 deckt
der Bereich A somit in etwa den Bereich zwischen den Rädern 14 des Kraftfahrzeugs 1 ab.
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Außerdem ist
das Sensorsichtfeld 12a vom Sensor 12 ausgehend
seitlich vom Fahrzeug weggerichtet, wie in 2 angedeutet,
und ist bezüglich seiner
Auffächerung
in einer Frontansicht des Fahrzeugs 1 derart aufgefächert, dass
ein innerer Randbegrenzungsstrahl 12b des ersten Sensorsichtfeldes 12a in
einem Abstand d1 seitlich beabstandet von dem
Fahrzeug 1 auf die Fahrbahn 9 trifft. Ein äußerer Randbegrenzungsstrahl 12c trifft
in einem Abstand D1 seitlich neben dem Fahrzeug 1 auf
die Fahrbahn 9.
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Der
Sensor 13 erzeugt ein zweites Sensorsichtfeld 13a,
welches in einer Seitenansicht bis zu einem Ort 15 im Bereich
des Hecks des Fahrzeugs 1 oder im Bereich hinter dem Heck
des Fahrzeugs 1 reicht. Das zweite Sensorsichtfeld 13a ist
in Fahrzeuglängsrichtung 7 durch
einen hinteren Begrenzungsstrahl 13d begrenzt. Eine zweite
Begrenzung des zweiten Sensorsichtfeldes 13a nach oben und/oder
vorne ist durch einen vorderen Begrenzungsstrahl 13e gegeben.
Der vordere Begrenzungsstrahl 13e ist bevorzugt derart
orientiert, dass dieser vom Sensor 13 aus in Fahrtrichtung 7 nach
vorne ansteigend, den Verfahrbereich des verlagerbaren Dachs 2a, 2b und
den Windlauf 11 des Fahrzeugs 1 in einer Seitenansicht überragend
nach oben vorne gerichtet ist.
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In
einer Frontansicht auf das Fahrzeug 1 gemäß der Darstellung
von 2 besitzt das zweite Sensorsichtfeld 13a auch
in Richtung einer Fahrzeuglängsachse
Begrenzungen. Der innere Begrenzungsstrahl 13b trifft ein
einem Abstand d2 seitlich neben dem Fahrzeug
auf die Fahrbahn 9. Der äußere Begrenzungsstrahl 13c trifft
in einem Abstand D2 auf die Fahrbahn 9.
Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, den Abstand
d2 kleiner als den Abstand d1 und
den Abstand D2 kleiner als den Abstand D1 zu wählen.
Dies gelingt insbesondere dann, wenn der zweite Mehrfachsensor 13 an
einem Ort möglichst
nahe an der Fahrzeugaußenkontur
und möglichst
weit entfernt von der Fahrbahn 9 angeordnet ist. Somit
wird mittels des zweiten Mehrfachsensors 13 und dem zugehörigen zweiten
Sensorsichtfeld 13a der Bereich unmittelbar benachbart
neben dem Fahrzeug 1 überwacht
und mittels des ersten Mehrfachsensors 12 und seinem zugeordneten
ersten Sensorsichtfeld 12a ein Bereich etwas weiter beabstandet
vom Fahrzeug 1 abgedeckt. Dabei überdecken bzw. überkreuzen
sich die beiden Sensorsichtfelder 12a, 13a in
einem großen
Bereich zur Erhöhung
der Redundanz im Gesamtsystem. In der Seitenansicht von 1 ist
dieser Bereich des Überschneidens
oder des Überkreuzens
etwa der Bereich A. In einer Frontansicht auf das Fahrzeug 1 nach 2 ist
der Bereich der Überschneidung
bzw. Überdeckung
seitwärts
vom Fahrzeug weg etwa der Bereich zwischen dem inneren Begrenzungsstrahl 12b des
ersten Sensorsichtfeldes 12a und dem äußeren Begrenzungsstrahl 13c des
zweiten Sensorsichtfeldes 13a.
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Durch
diese Anordnung wird in einem vordefinierten Fahrzeugaußenraum
durch Abtastung sichergestellt, dass sich kein Objekt befindet,
so dass eine Einklemmgefahr bei Betätigung des Klapp-Dachs bzw.
RHT 2 prinzipiell ausgeschlossen werden kann. Vorliegend
sind die Sensoren 12, 13 als Mikrowellen-Misch-Detektoren MMD ausgebildet. Unter
Einhaltung sämtlicher
Grenzwerte kann damit unter Ausschluss der von optischen Systemen
bzw. PMD-Anordnungen her bekannten Störungen auch ein Fahrzeuginnenraum
hinsichtlich der Anwesenheit von Personen und damit auch auf die
prinzipielle Möglichkeit
hin überwacht
werden, dass sich eine Einklemmsituation ergeben könnte. Nur
in dem Fall, dass überhaupt
eine Person oder ein Gegenstand in einem gefährdeten Nahbereich zu dem Klapp-Dach 2 detektiert
wird, müssen
dem Fachmann bekannte Vorsichtsmaßnahmen ergriffen werden, wie
z.B. eine Verlangsamung der Bewegung des RHT.
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Eine
Antennenfläche
des jeweiligen MMD-Sensors 12, 13 übernimmt
die Rolle einer für die
Entfernungsbestimmung notwendige Energieumwandlung und entspricht
in dieser Funktion einer photoaktiven Halbleiterschicht eines optischen
PMD. Für
Antennenflächen
existieren jedoch gerade im Mikrowellenbereich sehr unterschiedliche
Ausführungsformen,
so dass derartige Antennen ohne Funktionseinschränkung auch im Bereich des menschlichen
Sichtspektrums unsichtbar in Scheiben und/oder transparenten Schiebedächern integriert werden
können.
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3 zeigt
als Blockdiagramm den prinzipiellen Aufbau einer Einklemmschutzvorrichtung
mit einem Sensor in Form eines MMD-Bauteils 12, 13. Von einer
Verdeck-Fahrsteuerung her wird das MMD-Bauteil 12, 13 aktiviert
und erhält
eine Versorgungsspannung U. Eine Auswertung innerhalb des MMD-Bauteils 12, 13 steuert
Senden und Empfangen sowie in hier nicht weiter dargestellter Art
und Weise auch ein Verschwenken eines Strahls, so dass Objekte auch
verfolgt sowie hinsichtlich ihrer Bewegungs richtung erkannt und
vermessen werden können.
Die intern erzeugte modulierte Schwingung wird vom Sender aufbereitet
und über
die Antenne SALAT gerichtet in Form im Wesentlichen nur einer Hauptkeule
abgestrahlt. Die Mikrowellenstrahlung M wird dann nach 3 an
der Hand einer Person 15 reflektiert und läuft zu einer
Empfangsantenne EANT des MMD-Bauteils 12, 13 zurück, wo das
Empfangssignal dann in einem durch den Modulator angesteuerten Gegentaktgleichrichter
zu einem Ergebnissignal umgeformt wird, um schließlich in
der Auswertung über
eine Laufzeitmessung zu einem Entfernungssignal verarbeitet zu werden.
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Dieser
Verarbeitungsprozess entspricht dem innerhalb eines PMD-Elements
bis auf die wesentliche Tatsache, dass im vorliegenden Fall vorteilhafterweise
Mikrowellen und eben kein optischer Strahl verwendet wird. Übereinstimmend
wird jedoch in beiden Fällen
im Zuge einer 1D-Messung eine Entfernungsinformation mit hoher Genauigkeit
ermittelt, die durch Folgemessungen in eine Richtungs- und Geschwindigkeitsangabe
aufgewertet werden kann, um unter Vermittlung einer nicht weiter
dargestellten Logik den Einklemmschutz zu steuern.
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Die
vorstehend beschriebene Einklemmschutzvorrichtung ist zum Einsatz
in Verdecken, öffnungsfähigen Dächern oder
Dachschalen für
Wasser- und/oder Straßenfahrzeuge
angepasst ausgebildet.
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- 1
- Personenkraftfahrzeug
- 2
- Klapp-Dach/RHT
- 2a
- starres
Dachteil
- 2b
- starres
Dachteil
- 3
- Betätigungskinematik
- 4
- Karosserie
des Fahrzeugs 1
- 5
- Kofferraumdeckel
- 6
- Betätigungsmechanik
- 7
- Fahrtrichtung
- 8
- vorderer
Bereich des Kofferraumdeckels 5
- 9
- -
- 10
- A-Säule
- 11
- Windlauf
- 12
- erster
Sensor
- 12a
- erstes
Sensorsichtfeld
- 12b
- innerer
Randbegrenzungsstrahl
- 12c
- äußerer Randbegrenzungsstrahl
- 12d
- hinterer
Randbegrenzungsstrahl
- 12e
- vorderer
Randbegrenzungsstrahl
- 13
- zweiter
Sensor
- 13a
- zweites
Sensorsichtfeld
- 13b
- innerer
Randbegrenzungsstrahl
- 13c
- äußerer Randbegrenzungsstrahl
- 13d
- hinterer
Randbegrenzungsstrahl
- 13e
- vorderer
Randbegrenzungsstrahl
- 14
- Rad
- 15
- Person/Hand
- D1
- Abstand
- D2
- Abstand
- d1
- Abstand
- d2
- Abstand
- M
- Mikrowellenstrahlung
- SALAT
- Sende-Antenne
- EANT
- Empfangsantenne