ULTRA THIN METAMATERIAL ABSORBER FOR 5G APPLICATIONS

Emin Ünal; Mahad Ali Ibrahim; Fatih Özkan Alkurt; Maide Erdoğan Alkurt

TR EN

5G UYGULAMALARI İÇİN ULTRA İNCE METAMALZEME SOĞURUCU

Öz

Bu çalışma, Ku/Ka-bant uygulamaları için özel olarak tasarlanmış ultra ince ve polarizasyona duyarsız bir metamalzeme soğurucuya dayanmaktadır ve bu amaçla, mikrodalga frekansında çalışan metamalzeme tabanlı soğurucu yapılar tasarlanmıştır. Bu çalışmada tasarlanan metamalzeme soğurucu yapı tamamen özgündür. Mikrodalga ve optik frekanslarda çalışan sinyal soğurucu yapıların sayısal ve simülasyon çalışmaları, sonlu entegrasyon tekniği (FIT) tabanlı bir simülasyon programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Önerilen soğurucuların TE ve TM polarizasyon için normal gelişte tüm Ku/Ka bandını kapsayan %90'ın üzerinde neredeyse mükemmel bir soğuruculuğa sahip olduğu görülmüştür. Soğurma mekanizmasının daha iyi anlaşılabilmesi için rezönatör yapı üzerindeki elektrik ve manyetik alan dağılımları ve ayrıca yüzey akım dağılımları da incelenmiştir. Simülasyon çalışmaları Ku/Ka bantlarında gerçekleştirilmiştir. Diğer taraftan, simülasyon çalışmalarının doğruluğunu test edebilmek için Ku bandında tasarlanan yapının üretim ve ölçümü de yapılmıştır. Ku bandında çalışan sinyal soğurucu yapıları LPKF ProtoMat E33 kullanılarak üretilmiş ve deneysel ölçümler, horn anten ve PNA-L N5234A Mikrodalga Ağ Analizörü kullanılarak yapılmıştır. Üretimde çift tarafı bakır kaplı RT5870 alt tabaka kullanılmıştır. Üretilen yapının arka tarafı tamamen bakırla kaplı olduğu için sadece yansıma parametresi (S11) ölçülmüştür. Sayısal ve deneysel sonuçlar birbirleriyle karşılaştırılmış ve sonuçlar arasında iyi bir uyumun olduğu görülmüştür. Bu çalışma, elektromanyetik kalkanlama, gizleme ve anten performansının iyileştirilmesi açısından önem taşımaktadır.

Anahtar Kelimeler

ULTRA THIN METAMATERIAL ABSORBER FOR 5G APPLICATIONS

Öz

This work is based on an ultra-thin, and polarization-insensitive metamaterial absorber specifically designed for Ku/Ka-band applications. For this purpose, metamaterial-based absorber structures operating at microwave frequencies have been designed. The metamaterial absorber structure designed in this study is completely novel. Numerical and simulation studies of the signal absorber structures operating at microwave and optical frequencies have been performed using a finite integration technique (FIT) based simulation program. The proposed absorbers have been found to have nearly perfect absorption over 90% for TE and TM polarizations, covering the entire Ku/Ka band under normal incidence. In order to better understand the absorption mechanism, the electric and magnetic field distributions on the resonator structure and also the surface current distributions have been investigated. Simulation studies have been conducted in the Ku/Ka bands. Furthermore, to verify the accuracy of the simulations, the fabrication and measurement of the designed Ku-band structure have also been performed. The Ku-band signal absorber structures have been fabricated using the LPKF ProtoMat E33, and experimental measurements have been made using a horn antenna and a PNA-L N5234A Microwave Network Analyzer. A double-sided copper-clad RT5870 substrate has been used in the fabrication. Because the back side of the fabricated structure is completely copper-clad, only the reflection parameter (S11) was measured. Numerical and experimental results have been compared, and good agreement has been found between the results. This study is important for electromagnetic shielding, cloaking technologies and improving antenna performance.

Anahtar Kelimeler

Kaynakça

Pendry, J. B., Schurig, D., & Smith, D. R. (2006). Controlling electromagnetic fields. science, 312(5781), 1780-1782. https://doi.org/10.1126/science.1125907
Singh, H., Mittal, N., Gupta, A., Kumar, Y., Woźniak, M., & Waheed, A. (2021). Metamaterial integrated folded dipole antenna with low SAR for 4G, 5G and NB-IoT applications. Electronics, 10(21), 2612. https://doi.org/10.3390/electronics10212612
Smith, D. R., Pendry, J. B., & Wiltshire, M. C. (2004). Metamaterials and negative refractive index. science, 305(5685), 788-792. https://doi.org/10.1126/science.1096796
Kıymaz, Y. E., & Oguz, H. (2024). Assessment of electricity generation using deep learning on solar power plants. Necmettin Erbakan Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 6(2), 289-311. https://doi.org/10.47112/neufmbd.2024.49
Akkoyunlu, M. T., Polat, E., Özkılıçaslan, R., Keleş, V., Abdallatif, Y., & Samancı, A. (2024). Güneş enerji santralinin temizlik sonrası üretim verilerinin incelenmesi. Necmettin Erbakan Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 6(3), 583-591. https://doi.org/10.47112/neufmbd.2024.67
Ateş, T. F., Açıkgöz, H., & Özkan, A. O. (2019). Pasif RFID Etiket konumunu belirlemeye yönelik UHF anten tasarımı. Necmettin Erbakan Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 1(2), 112-117.
Engheta, N. (2002, June). Thin absorbing screens using metamaterial surfaces. In IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium (IEEE Cat. No. 02CH37313) (Vol. 2, pp. 392-395). IEEE. https://doi.org/10.1109/APS.2002.1016106
Watts, C. M., Liu, X., & Padilla, W. J. (2012). Metamaterial electromagnetic wave absorbers. Advanced materials, 24(23), OP98-OP120. https://doi.org/10.1002/adma.201200674

Ünal, E., Dincer, F., Tetik, E., Karaaslan, M., Bakir, M., & Sabah, C. (2015). Tunable perfect metamaterial absorber design using the golden ratio and energy harvesting and sensor applications. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 26(12), 9735-9740. https://doi.org/10.1007/s10854-015-3642-7
Nowak, M. (2021). Metamaterial-based sub-microwave electromagnetic field energy harvesting system. Energies, 14(12), 3370. https://doi.org/10.3390/en14123370
Bağmancı, M., Karaaslan, M., Ünal, E., Akgol, O., Karadağ, F., & Sabah, C. (2017). Broad-band polarization-independent metamaterial absorber for solar energy harvesting applications. Physica E: low-dimensional systems and nanostructures, 90, 1-6. https://doi.org/10.1016/j.physe.2017.03.001
Liu, H., Xie, M., Ai, Q., & Yu, Z. (2021). Ultra-broadband selective absorber for near-perfect harvesting of solar energy. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 266, 107575. https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2021.107575
Khanna, Y., & Awasthi, Y. K. (2020, February). Wideband Ultra-thin Metamaterial Absorber for Ku & K-Band Applications. In 2020 7th International Conference on Signal Processing and Integrated Networks (SPIN) (pp. 367-371). IEEE. https://doi.org/10.1109/SPIN48934.2020.9070938
Bilal, R. M. H., Baqir, M. A., Choudhury, P. K., Karaaslan, M., Ali, M. M., Altłntas, O., ... & Sabah, C. (2021). Wideband microwave absorber comprising metallic split-ring resonators surrounded with E-shaped fractal metamaterial. IEEE Access, 9, 5670-5677. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3048927
Chung, M., Jeong, H., Kim, Y. K., Lim, S., & Baek, C. W. (2022). Design and fabrication of millimeter-wave frequency-tunable metamaterial absorber using MEMS cantilever actuators. Micromachines, 13(8), 1354. https://doi.org/10.3390/mi13081354
Hakim, M. L., Alam, T., Islam, M. T., Alsaif, H., & Soliman, M. S. (2023). Polarization-independent fractal square splits ring resonator (FSSRR) multiband metamaterial absorber/artificial magnetic conductor/sensor for Ku/K/Ka/5G (mm-Wave) band applications. Measurement, 210, 112545. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2023.112545
Zhu, J. F., Sheng, Y. W., Gao, G. L., Shi, M. C., Ruan, J. F., Deng, G. S., & Yin, Z. P. (2025). Ultrathin and flexible broadband metamaterial absorber for Ka-band applications. Optical Materials Express, 15(2), 152-163. https://doi.org/10.1364/OME.547974
Zhong, M., Jiang, X., Zhu, X., Zhang, J., & Zhong, J. (2020). Design and fabrication of a single metal layer tunable metamaterial absorber in THz range. Optics & Laser Technology, 125, 106023. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2019.106023
Nickpay, M. R., Danaie, M., & Shahzadi, A. (2021). A wideband and polarization-insensitive graphene-based metamaterial absorber. Superlattices and Microstructures, 150, 106786. https://doi.org/10.1016/j.spmi.2020.106786
Hanif, A., Hakim, M. L., Alam, T., Islam, M. T., Alsaif, H., & Soliman, M. S. (2023). Polarization insensitive oblique incident angle stable ultra-thin nano ring resonator-based metamaterial absorber for visible and near-infrared region applications. Optics & Laser Technology, 164, 109494. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2023.109494
Dincer, F., Karaaslan, M., Unal, E., & Sabah, C. (2013). Dual-band polarization independent metamaterial absorber based on omega resoanator and octa-star strip configuration. Progress In Electromagnetics Research, 141, 219-231. http://dx.doi.org/10.2528/PIER13061105
Ünal, E., Bağmancı, M., Karaaslan, M., Akgol, O., Arat, H. T., & Sabah, C. (2017). Zinc oxide–tungsten‐based pyramids in construction of ultra‐broadband metamaterial absorber for solar energy harvesting. IET Optoelectronics, 11(3), 114-120. https://doi.org/10.1049/iet-opt.2016.0138
Guo, Z., Liu, X., Li, C., Li, J., Cai, H., Fu, M., ... & Wang, Y. (2021). Near-perfect broadband metamaterial absorbers of truncated nanocones using colloidal lithography. Optical Materials, 119, 111352. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2021.111352
Ning, J., Chen, K., Zhao, W., Zhao, J., Jiang, T., & Feng, Y. (2022). An ultrathin tunable metamaterial absorber for lower microwave band based on magnetic nanomaterial. Nanomaterials, 12(13), 2135. https://doi.org/10.3390/nano12132135
Saadeldin, A. S., Sayed, A. M., Amr, A. M., Sayed, M. O., Hameed, M. F. O., & Obayya, S. S. A. (2023a). Broadband polarization insensitive metamaterial absorber. Optical and Quantum Electronics, 55(7), 652. https://doi.org/10.1007/s11082-023-04881-y
Saadeldin, A. S., Sayed, A. M., Amr, A. M., Sayed, M. O., Hameed, M. F. O., & Obayya, S. S. A. (2023b). Wideband ultrathin and polarization insensitive metamaterial absorber for Ku-band applications. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 34(26), 1797. https://doi.org/10.1007/s10854-023-11157-4
Uddin, M. K., Islam, M. T., Alam, T., Sahar, N. M., Alsaif, H., Hakim, M. L., & Islam, M. R. (2025). Polarization insensitive U-coupled splits ring resonator-based hexa-band metamaterial absorber for concentration of solid material sensing applications. Optics & Laser Technology, 181, 111975. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2024.111975
Landy, N. I., Sajuyigbe, S., Mock, J. J., Smith, D. R., & Padilla, W. J. (2008). Perfect metamaterial absorber. Physical review letters, 100(20), 207402. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.100.207402 Cai, W., & Shalaev, V. M. (2016). Optical metamaterials: fundamentals and applications (Vol. 2, No. 1). New York: springer. https://doi.org/10.1007/978-1-4419-1151-3
Balanis, C. A. (2016). Antenna theory: analysis and design. John wiley & sons.
Ibrahım, M. A. (2025). Ku ve Ka-Bant Uygulamaları İçin Geniş Bantlı Ultra Ince ve Polarizasyona Duyarlı Olmayan Metamalzeme Soğurucu (Master's thesis, Necmettin Erbakan University (Turkey)).

Ayrıntılar

Birincil Dil

İngilizce

Konular

Mühendislik Elektromanyetiği

Bölüm

Araştırma Makalesi

Yazarlar

Emin Ünal
0000-0002-4088-8353
Türkiye

Mahad Ali Ibrahim
0000-0001-5581-9118
Somalia

Fatih Özkan Alkurt ^*
0000-0002-9940-0658
Türkiye

Maide Erdoğan Alkurt
0000-0003-1858-510X
Türkiye

Yayımlanma Tarihi

3 Eylül 2026

Gönderilme Tarihi

3 Ekim 2025

Kabul Tarihi

12 Ocak 2026

Yayımlandığı Sayı

Yıl 2026 Cilt: 29 Sayı: 3

IZ

https://izlik.org/JA93RX44GX

Kaynak Göster

RIS / Bibtex

APA

Ünal, E., Ibrahim, M. A., Alkurt, F. Ö., & Erdoğan Alkurt, M. (2026). ULTRA THIN METAMATERIAL ABSORBER FOR 5G APPLICATIONS. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 29(3), 992-1003. https://izlik.org/JA93RX44GX

AMA

1.Ünal E, Ibrahim MA, Alkurt FÖ, Erdoğan Alkurt M. ULTRA THIN METAMATERIAL ABSORBER FOR 5G APPLICATIONS. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2026;29(3):992-1003. https://izlik.org/JA93RX44GX

Chicago

Ünal, Emin, Mahad Ali Ibrahim, Fatih Özkan Alkurt, ve Maide Erdoğan Alkurt. 2026. “ULTRA THIN METAMATERIAL ABSORBER FOR 5G APPLICATIONS”. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 29 (3): 992-1003. https://izlik.org/JA93RX44GX.

EndNote

Ünal E, Ibrahim MA, Alkurt FÖ, Erdoğan Alkurt M (01 Eylül 2026) ULTRA THIN METAMATERIAL ABSORBER FOR 5G APPLICATIONS. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 29 3 992–1003.

IEEE

[1]E. Ünal, M. A. Ibrahim, F. Ö. Alkurt, ve M. Erdoğan Alkurt, “ULTRA THIN METAMATERIAL ABSORBER FOR 5G APPLICATIONS”, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, c. 29, sy 3, ss. 992–1003, Eyl. 2026, [çevrimiçi]. Erişim adresi: https://izlik.org/JA93RX44GX

ISNAD

Ünal, Emin - Ibrahim, Mahad Ali - Alkurt, Fatih Özkan - Erdoğan Alkurt, Maide. “ULTRA THIN METAMATERIAL ABSORBER FOR 5G APPLICATIONS”. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 29/3 (01 Eylül 2026): 992-1003. https://izlik.org/JA93RX44GX.

JAMA

1.Ünal E, Ibrahim MA, Alkurt FÖ, Erdoğan Alkurt M. ULTRA THIN METAMATERIAL ABSORBER FOR 5G APPLICATIONS. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2026;29:992–1003.

MLA

Ünal, Emin, vd. “ULTRA THIN METAMATERIAL ABSORBER FOR 5G APPLICATIONS”. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, c. 29, sy 3, Eylül 2026, ss. 992-1003, https://izlik.org/JA93RX44GX.

Vancouver

1.Emin Ünal, Mahad Ali Ibrahim, Fatih Özkan Alkurt, Maide Erdoğan Alkurt. ULTRA THIN METAMATERIAL ABSORBER FOR 5G APPLICATIONS. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi [Internet]. 01 Eylül 2026;29(3):992-1003. Erişim adresi: https://izlik.org/JA93RX44GX