專利名稱:微帶濾波器及其微帶諧振器的耦合方法
技術領域:
本發明屬于微波工程領域,具體的說,本發明涉及一種由高溫超導薄膜制 作而成的微帶帶通濾波器、諧振器及其耦合方法。
背景技術:
微波工程中,超導微帶諧振器可以組成不同階數的平面超導濾波器(一種 無源器件),使用在各種微波裝置(如雷達、移動電話基站、微波通訊裝置、 射電天文望遠鏡等)中,用來選擇一定頻率的信號。在各種微波接收系統的前 端,常使用濾波器抑制不要的信號頻率,使需要的信號頻率順利通過。高溫超 導濾波器是用高溫超導材料制成的一種平面器件,它是由若干個平面諧振器按 一定規則排列而成的。對于用普通金屬制做的帶通濾波器來說,通常相對帶寬
在5%以下就叫窄帶濾波器。高溫超導濾波器的相對帶寬可以比這個值小很多, 但相對帶寬要小于0.5%也比較困難,原因在于寄生耦合的千擾。相關的理論
指出諧振器之間的耦合系數應滿足下列關系
式中m"是第i個諧振器和第j個諧振器之間的耦合系數;FBW是相對帶
寬,定義它為通帶寬度和中心頻率的比值;g是歸一化電容;J是特性導納。 這一公式表明耦合系數M取決于相對帶寬,也取決于諧振器自身的性質。顯然, 無論是歸一化電容g還是特性導納J都應和平面諧振器自身的幾何形狀密切相 關。在濾波器中二個相鄰諧振器產生的耦合叫做相鄰耦合,這種耦合是必要的。 但是不相鄰的二個諧振器之間也存在耦合,這類耦合對濾波器的設計有可能造 成有害影響,這種有害的非相鄰耦合就是寄生耦合(parasitical coupling)。 在進行寬帶平面超導濾波器的設計時,諧振單元之間的寄生耦合可以忽略。但 窄帶平面超導濾波器的情況則完全不同,寄生耦合往往造成了破壞性的干擾,當帶寬在0.5%附近時這一矛盾尤為突出,至今末見理想的解決辦法。
圖l是微帶線的截面圖。圖中上層是微帶導體3,中間是介質2,下層是 地平面導體l。微帶線的制作技術是一種現有技術。
圖2所示為典型的傳統的濾波器拓撲結構(參照H. Jia-Sheng, E. P. McErlean, and B. Karyam鄰udi, 〃High-order superconducting filter with group delay equalization, 〃 2005, p. 4 pp.),其拓撲結構是一維的,通過 在不相鄰諧振器之間加入耦合線引入交叉耦合,這種耦合方式的缺點有兩點 1,濾波器整體長度大約為所有的諧振器的寬度,介質或者超導薄膜空間不能 得到充分的應用;2,需要加入交叉耦合的兩個諧振器之間通過耦合線間接耦 合,后期調諧時交叉耦合的可調范圍比較小。
發明內容
本發明的目的在于公開了一種濾波器,該濾波器由集總參數的諧振器通過 一種新型的耦合方法組成,利用這種耦合方式,可以將不同組諧振器之間的距 離拉開,大大減少寄生耦合,使各組諧振器之間互不影響,而且使濾波器插入 損耗小,帶外抑制大,帶邊陡度高,群時延性能好。
本發明提供了一種諧振器之間的耦合方法,該諧振器包括由微帶組成的一 組插指電容、 一組雙螺旋曲線電感和一組與地形成的塊狀電容,所述微帶包括 上、下兩層超導薄膜和位于兩層超導薄膜之間的人造單晶介質,所述插指電容 與所述雙螺旋曲線電感并聯,并聯的所述插指電容與所述雙螺旋曲線電感與所 述塊狀電容串聯;其特征在于,將第一個諧振器的插指電容中與第二個諧振器 插指電容的最外一根線條的電荷極性相同的線條縮短或完全切除,將第二個諧 振器插指電容的最外一根線條拉長彎曲,并伸入到第一個諧振器的插指電容中 被縮短或完全切除的線條處,并與第一個諧振器的插指電容中相鄰的兩個線條
被縮短或者完全切除的線條為第一個諧振器的插指電容中自外面數第二 根線條;
通過改變第二個諧振器插指電容最外線條的部分和第一個諧振器插指電 容最外和第二外線條、第三外線條的長度來改變耦合而保持第一個諧振器與第 二個諧振器之間的距離;或者,可通過改變第二個諧振器插指電容最外線條的部分來改變第一個諧振器與第二個諧振器之間的距離,而保持它們之間耦合的 大小。
所述的諧振器之間直接耦合為主耦合和/或交叉耦合。 所述的諧振器之間或者諧振器側面可加入耦合線進行耦合的微調。 所述耦合線為直線或者折線,位于諧振器之間或者諧振器側面。 本發明提供了一種微帶濾波器,包括輸入微帶、輸出微帶和多個諧振器, 所述諧振器排成兩排,諧振器三個或者四個一組,將前一組的右下方的一個諧 振器的插指電容中與后一組的左下方的一個諧振器插指電容的最外一根線條 的電荷極性相同的線條縮短或完全切除,將后一組的左下方的一個諧振器插指 電容的最外一根線條拉長彎曲,并伸入到前一組的右下方的一個諧振器插指電 容中被縮短或完全切除的線條處,并與前一組的右下方的所述一個諧振器的插
指電容中相鄰的線條耦合;
或者將后一組的左下方的一個諧振器的插指電容中與前一組的右下方的 一個諧振器插指電容的最外一根線條的電荷極性相同的線條縮短或完全切除, 將前一組的右下方的一個諧振器插指電容的最外一根線條拉長彎曲,并伸入到 后一組的左下方的所述一個諧振器插指電容中被縮短或完全切除的線條處,并 與后一組的左下方的一個諧振器的插指電容中相鄰的線條耦合。
諧振器包括由微帶組成的一組插指電容、一組雙螺旋曲線電感和一組與地 形成的塊狀電容,所述微帶包括上、下兩層超導薄膜和位于兩層超導薄膜之間 的人造單晶介質,所述插指電容與所述雙螺旋曲線電感并聯,并聯的所述插指 電容與所述雙螺旋曲線電感與所述塊狀電容串聯。
將所述諧振器的雙螺旋曲線的一端中的一條拉長,以達到在兩個諧振器距 離較遠的時候就可以達到所需要的耦合的目的。
被縮短或者完全切除的線條為前一組的右下方的一個諧振器的插指電容 中自外面數第二根線條,或者后一組的左下方的一個諧振器的插指電容中自外
面數第二根線條;將后一組的左下方的一個諧振器插指電容的最外一根線條 拉長彎曲,并伸入到前一組的右下方的一個諧振器的自外面數第一根和第三根 線條之間,通過改變后一組的左下方的一個諧振器插指電容最外線條的部分和 前一組的右下方的一個諧振器插指電容最外和第二外線條、第三外線條的長度 來改變耦合,而保持前一組諧振器與后一組諧振器之間的距離;或者,通過改變后一組的右下方的一個諧振器插指電容最外線條的拉長部分來改變前一組 諧振器與后一組諧振器之間的距離,而保持它們之間耦合的大小;
或者將前一組的右下方的一個諧振器插指電容的最外一根線條拉長彎曲, 并伸入到后一組的左下方的一個諧振器的自外面數第一根和第三根線條之間, 通過改變前一組的右下方的一個諧振器插指電容最外線條的部分和后一組的 左下方的一個諧振器插指電容最外和第二外線條、第三外線條的長度來改變耦
合,而保持后一組諧振器與前一組諧振器之間的距離;或者,通過改變前一組
的左下方的一個諧振器插指電容最外線條的拉長部分來改變后一組諧振器與 前一組諧振器之間的距離,而保持它們之間耦合的大小。
所述濾波器中輸入微帶、輸出微帶各自與所述諧振器中最臨近的諧振器直
接相連;或者將所述輸入微帶的末端與輸出微帶的頂端拉長,讓輸入輸出微帶
部分與諧振器增加耦合;或者將輸入輸出耦合線伸入諧振器的插指電容中,形
成插指電容,實現輸入輸出強耦合。
所述的諧振器之間直接耦合為主耦合和/或交叉耦合。 所述的諧振器之間或者諧振器側面可加入耦合線進行耦合的微調。 所述耦合線為直線或者折線,位于諧振器之間或者諧振器側面。 本發明中提供的全新耦合方法及拓撲結構可以解決兩個問題1,耦合結
構是二維的,可以更好的利用介質或者超導薄膜空間;2,需要引入交叉耦合
的兩個諧振器是直接耦合的,這樣后期調諧時可以調節的范圍就很大;3,不
同諧振器組之間的寄生耦合小。
本發明的濾波器具有插入損耗小,帶外抑制大,帶邊陡度高,群時延性能
好等優點。
圖l是微帶線的截面圖2是典型的傳統的濾波器拓撲結構;
圖3是本發明平面超導微帶諧振器的一種幾何結構示意圖; 圖4是本發明全新耦合結構及電荷分布示意圖5a, 5b, 6a, 6b, 7是本發明中輸入微帶、輸入微帶接入濾波器的幾種 形式;圖8a, 8b, 8c, 8d是本發明中幾種諧振器組的結構; 圖9是本發明所涉一種微帶濾波器結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步地描述。
本發明使用的平面超導微帶諧振器包括由微帶組成的一組插指電容、一 組雙螺旋曲線電感和一組與地形成的塊狀電容,所述微帶包括上、下兩層超導 薄膜和位于兩層超導薄膜之間的人造單晶介質,所述插指電容與所述雙螺旋曲 線電感并聯,并聯的所述插指電容與所述雙螺旋曲線電感與所述塊狀電容串 聯。
所述塊狀電容可以為直線,折線,圓形,矩形,梯形,三角型或其他任意
多邊形,兩個塊狀電容可以相同,也可以不同。
所述插指電容為兩組連在塊狀電容的平行線條交叉在一起,任意兩根相鄰
的線條之間電荷相反,組成了一個電容。
所述一組雙螺旋曲線電感中任意兩條相鄰曲線之間的諧振電流方向相反。 所述雙螺旋曲線電感可以為一圈,兩圈,三圈或者任意多圈。 所述塊狀電容為矩形,雙螺旋曲線電感為兩條,所述微帶諧振器長為
8. 3咖,寬為4. 3咖,所述微帶諧振器的微帶線線寬為0. 08mm,線間距為0. 08腿。 不同的特性的插指電容、塊狀電容以及雙螺旋曲線電感可以以任意組合連 接到一起組成一個集總參數諧振器,三者互不影響。
傳統的諧振器間的耦合方式,都是通過改變諧振器之間的距離來改變耦合 系數的大小。本發明提供了一種諧振器之間的耦合方法,本發明中提供的全新 的耦合方式使得耦合系數的大小與諧振器之間的距離無關,既可以使得在不改 變諧振器之間距離的情況下改變耦合系數的大小,換句話說,可以在不改變耦 合系數大小的情況下改變諧振器之間的距離。這樣可以使得濾波器的設計更加 靈活。
所述耦合方法如下將第一個諧振器的插指電容中自外面數第二根線條縮 短,甚至完全切除,將第二個諧振器插指電容的最外一根線條拉長,彎曲(如 圖4),并伸入到第一個諧振器的自外面數第一根和第三根線條之間,這樣這 三條直線就構成了通過插指電容實現的一種全新的耦合方式,這種耦合方式可
9以通過改變第二個諧振器插指電容最外線條的a部分和第一個諧振器插指電 容最外和第二外線條、第三外線條的長度來改變耦合而不改變第一個諧振器與
第二個諧振器之間的距離;同時,可通過改變第二個諧振器插指電容最外線條
的b部分來改變第一個諧振器與第二個諧振器之間的距離,而不改變它們之間 耦合的大小,這對濾波器的設計帶來了極大的便利。
圖4是進行諧振器耦合的一個實施例,實際上只要將第一個諧振器插指電
容中與第二個諧振器插指電容最外面的線條極性相同的線條縮短或完全切除, 然后將第二個諧振器最外面的線條拉伸彎曲,放置于第一個諧振器中插指電容 被縮短或者完全切除的線條處,與相鄰的線條耦合即可。
本發明公開的一種微帶濾波器,是由輸入微帶kl、輸出微帶k2和多個諧 振器組成,諧振器排成兩排,諧振器三個或者四個一組,每組之間距離拉開以 減小寄生耦合,每組之間通過上述的特殊耦合方式連接起來。見圖9,將前一 組的右下方的一個諧振器的插指電容中自外面數第二根線條縮短或完全切除 (該線條的極性與后一組左下方的一個諧振器插指電容的最外一根線條的電 荷極性相同),將后一組的左下方的一個諧振器插指電容的最外一根線條拉長 彎曲,并伸入到前一組的右下方的一個諧振器的自外面數第一根和第三根線條 之間,通過改變后一組的左下方的一個諧振器插指電容最外線條的部分和前一 組的右下方的一個諧振器插指電容最外和第二外線條、第三外線條的長度來改 變前一組右下方諧振器與后一組左下方諧振器之間耦合而保持前一組諧振器 與后一組諧振器之間的距離;同時,可通過改變后一組的左下方的一個諧振器 插指電容最外線條的圖4中的b部分來改變前一組諧振器與后一組諧振器之間 的距離,而保持前一組右下方諧振器與后一組左下方諧振器之間耦合的大小。
同理,也可以是將后一組的左下方的一個諧振器的插指電容中自外面數第 二根線條縮短或完全切除,將前一組的右下方的一個諧振器插指電容的最外一 根線條拉長彎曲,并伸入到后一組的左下方的一個諧振器的自外面數第一根和 第三根線條之間,通過改變前一組的右下方的一個諧振器插指電容最外線條的 部分和后一組的左下方的一個諧振器插指電容最外和第二外線條、第三外線條 的長度來改變后一組左下方諧振器與前一組右下方諧振器之間耦合而保持前 一組諧振器與后一組諧振器之間的距離;同時,可通過改變前一組的右下方的 一個諧振器插指電容最外線條的圖4中的b部分來改變前一組諧振器與后一組諧振器之間的距離,而保持后一組左下方諧振器與前一組右下方諧振器之間耦 合的大小。
本發明中的濾波器中,輸入微帶kl、輸出微帶k2各自與諧振器陣中最臨
近的諧振器rl、 rl2直接相連(圖5a,圖5b)。另外,也可以將輸入微帶的末 端與輸出微帶的頂端做一些改變1,將輸入微帶的末端與輸出微帶的頂端拉 長,讓輸入輸出微帶盡可能多的部分與諧振器增加耦合,以達到較強的輸入輸 出耦合(圖6a, 6b); 2,將輸入輸出耦合線伸入諧振器的插指電容中,形成 插指電容,以達到更大的輸入輸出耦合(圖7,圖9)。
同時,為了適應本濾波器中的耦合方式,減小寄生耦合,將諧振器做了一 下改動,如圖3,將諧振器的雙螺旋曲線的一端中的一條拉長,以達到在兩個 諧振器距離較遠的時候就可以達到所需要的耦合的目的。利用這種耦合方式, 可以將同組的諧振器之間的距離拉開,大大減少寄生耦合。當然,如果使用圖 4中的諧振器也可以用本發明提供的方法組成濾波器。
本發明中的微帶線均為超導微帶線,其上層微帶導體3和下層地平面導體
l均為高溫超導薄膜,中間是介電常數為^的單晶介質片。本發明中提到的微 帶線幾何結構指的是上層微帶導體3構成的幾何結構。在設計微帶諧振器時,
介質厚度h,介電常數s,均為己知。
另外,本發明提供了一種全新的耦合拓撲結構,上述所述的濾波器中可以 三個(圖8a)或者四個為一組(如圖8b, 8c, 8cl),以四個為一組為例作為說 明(圖8a),諧振器al與a2, a2與a3, a3與a4之間直接耦合,為主耦合, 同時,諧振器al與a4之間直接耦合,為交叉耦合,這樣交叉耦合為直接耦合, 更利于后期調諧,可以更好的制作準橢圓函數濾波器,同時,可以通過改變主 耦合a2同a3的耦合部分(如圖8b)或者改變交叉耦合al與a4的耦合部分 (如圖8c)來改變主耦合或者交叉耦合的極性,可以方便的設計不同性質的 準橢圓濾波器;如果al與a4之間沒有耦合的時候,就可以用來制作切比雪夫 濾波器。同時,由于將濾波器做了一下調整(拉長了雙螺旋曲線的一部分), 這樣處于對角線上的濾波器al和a3, a2和a4之間的距離比較遠,寄生耦合
可以比較小。另外,四個濾波器的所占寬度大概為兩個濾波器的寬度,這樣大 大利用了襯底空間。
在本發明中濾波器的各個諧振器之間,為了微調之間的耦合,可以加入耦合線進行耦合的微調。如在諧振器之間加入直線,見圖9中w6, w7, w8, w9, wlO或者折線wl, w2,或者在諧振器側面加入直線w3, w4, w5或者折線可以 更方便的調節諧振器之間的耦合。圖9中,階數為12階。其中rl-rl2為諧振 器,其中r4與r5,r8與r9之間通過本發明中提到的全新耦合結構耦合,wl-w10 為耦合線,kl為輸入線,k2為輸出線。
本發明中設計工作是利用微波仿真軟件(如sonnet或ansoft)在計算機 上進行的,具體操作和仿真。
本發明中的超導微帶諧振器是按常用工藝制作的,即按光刻、干法刻蝕、 切割、組裝等工藝步驟制作,屬于本領域技術人員的公知技術。
需要理解的是,盡管前面的描述已經說明了本發明的許多特征和優點以及 本發明具有的結構和功能,但本發明公開僅僅是示例性的,也就是說在細節上 還可以有很多改變。熟悉技術的人都知道其它的一些修改和替換,這些修改和 替換包含在所附權利要求書的范圍之內。
權利要求
1. 一種諧振器之間的耦合方法,該諧振器包括由微帶組成的一組插指電容、一組雙螺旋曲線電感和一組與地形成的塊狀電容,所述微帶包括上、下兩層超導薄膜和位于兩層超導薄膜之間的人造單晶介質,所述插指電容與所述雙螺旋曲線電感并聯,并聯的所述插指電容與所述雙螺旋曲線電感與所述塊狀電容串聯;其特征在于,將第一個諧振器的插指電容中與第二個諧振器插指電容的最外一根線條的電荷極性相同的線條縮短或完全切除,將第二個諧振器插指電容的最外一根線條拉長彎曲,并伸入到第一個諧振器的插指電容中被縮短或完全切除的線條處,并與第一個諧振器的插指電容中相鄰的兩個線條耦合。
2. 如權利要求1所述的諧振器之間的耦合方法,其特征在于,被縮短或 者完全切除的線條為第一個諧振器的插指電容中自外面數第二根線條;通過改變第二個諧振器插指電容最外線條的部分和第一個諧振器插指電 容最外和第二外線條、第三外線條的長度來改變耦合而保持第一個諧振器與第 二個諧振器之間的距離;或者,可通過改變第二個諧振器插指電容最外線條的 部分來改變第一個諧振器與第二個諧振器之間的距離,而保持它們之間耦合的 大小。
3. 如權利要求1或2所述的諧振器之間的耦合方法,其特征在于,所述的諧振器之間直接耦合為主耦合和/或交叉耦合。
4. 如權利要求1或2所述的諧振器之間的耦合方法,其特征在于,所述的諧振器之間可加入耦合線進行耦合的微調。
5. 如權利要求1或2所述的諧振器之間的耦合方法,其特征在于,所述耦合線為直線或者折線,位于諧振器之間或者諧振器側面。
6. —種微帶濾波器,其特征在于,包括輸入微帶、輸出微帶和多個諧振 器,所述諧振器排成兩排,諧振器三個或者四個一組,將前一組的右下方的一 個諧振器的插指電容中與后一組的左下方的一個諧振器插指電容的最外一根 線條的電荷極性相同的線條縮短或完全切除,將后一組的左下方的一個諧振器 插指電容的最外一根線條拉長彎曲,并伸入到前一組的右下方的一個諧振器插 指電容中被縮短或完全切除的線條處,并與前一組的右下方的所述一個諧振器 的插指電容中相鄰的線條耦合;或者將后一組的左下方的一個諧振器的插指電容中與前一組的右下方的 一個諧振器插指電容的最外一根線條的電荷極性相同的線條縮短或完全切除, 將前一組的右下方的一個諧振器插指電容的最外一根線條拉長彎曲,并伸入到 后一組的左下方的所述一個諧振器插指電容中被縮短或完全切除的線條處,并 與后一組的左下方的一個諧振器的插指電容中相鄰的線條耦合。
7. 如權利要求6所述的微帶濾波器,其特征在于,諧振器包括由微帶組 成的一組插指電容、 一組雙螺旋曲線電感和一組與地形成的塊狀電容,所述微 帶包括上、下兩層超導薄膜和位于兩層超導薄膜之間的人造單晶介質,所述插 指電容與所述雙螺旋曲線電感并聯,并聯的所述插指電容與所述雙螺旋曲線電 感與所述塊狀電容串聯。
8. 如權利要求7所述的微帶濾波器,其特征在于,將所述諧振器的雙螺 旋曲線的一端中的一條拉長,以達到在兩個諧振器距離較遠的時候就可以達到 所需要的耦合的目的。
9. 如權利要求7或8所述的微帶濾波器,其特征在于,被縮短或者完全 切除的線條為前一組的右下方的一個諧振器的插指電容中自外面數第二根線 條,或者后一組的左下方的一個諧振器的插指電容中自外面數第二根線條;將 后一組的左下方的一個諧振器插指電容的最外一根線條拉長彎曲,并伸入到前 一組的右下方的一個諧振器的自外面數第一根和第三根線條之間,通過改變后 一組的左下方的一個諧振器插指電容最外線條的部分和前一組的右下方的一 個諧振器插指電容最外和第二外線條、第三外線條的長度來改變耦合,而保持 前一組諧振器與后一組諧振器之間的距離;或者,通過改變后一組的右下方的 一個諧振器插指電容最外線條的拉長部分來改變前一組諧振器與后一組諧振 器之間的距離,而保持它們之間耦合的大小;或者將前一組的右下方的一個諧振器插指電容的最外一根線條拉長彎曲, 并伸入到后一組的左下方的一個諧振器的自外面數第一根和第三根線條之間, 通過改變前一組的右下方的一個諧振器插指電容最外線條的部分和后一組的 左下方的一個諧振器插指電容最外和第二外線條、第三外線條的長度來改變耦 合,而保持后一組諧振器與前一組諧振器之間的距離;或者,通過改變前一組 的左下方的一個諧振器插指電容最外線條的拉長部分來改變后一組諧振器與 前一組諧振器之間的距離,而保持它們之間耦合的大小。
10. 如權利要求9所述的微帶濾波器,其特征在于,所述濾波器中輸入微帶、輸出微帶各自與所述諧振器中最臨近的諧振器直接相連;或者將所述輸入 微帶的末端與輸出微帶的頂端拉長,讓輸入輸出微帶部分與諧振器增加耦合; 或者將輸入輸出耦合線伸入諧振器的插指電容中,形成插指電容,實現輸入輸 出強耦合°
11. 如權利要求9所述的微帶濾波器,其特征在于,所述的諧振器之間直接耦合為主耦合和/或交叉耦合。
12. 如權利要求9所述的微帶濾波器,其特征在于,所述的諧振器之間或 者諧振器側面可加入耦合線進行耦合的微調。
13. 如權利要求12所述的微帶濾波器,其特征在于,所述耦合線為直線或者折線,位于諧振器之間或者諧振器側面。
全文摘要
本發明涉及微帶濾波器及其微帶諧振器的耦合方法,該諧振器包括由微帶組成的一組插指電容、一組雙螺旋曲線電感和一組與地形成的塊狀電容,所述微帶包括上、下兩層超導薄膜和位于兩層超導薄膜之間的人造單晶介質,所述插指電容與所述雙螺旋曲線電感并聯,并聯的所述插指電容與所述雙螺旋曲線電感與所述塊狀電容串聯;將第一個諧振器的插指電容中與第二個諧振器插指電容的最外一根線條的電荷極性相同的線條縮短或完全切除,將第二個諧振器插指電容的最外一根線條拉長彎曲,并伸入到第一個諧振器的插指電容中被縮短或完全切除的線條處,并與第一個諧振器的插指電容中相鄰的兩個線條耦合。濾波器插入損耗小,帶外抑制大,帶邊陡度高,群時延性能好。
文檔編號H01P1/20GK101546854SQ200810102870
公開日2009年9月30日 申請日期2008年3月27日 優先權日2008年3月27日
發明者濤 于, 何豫生, 亮 孫, 強 張, 張雪強, 翡 李, 李春光, 王躍輝, 強 羅, 邊勇波, 進 郭, 顧長志, 路 高, 紅 黎 申請人:中國科學院物理研究所