本发明实施例提供了一种毫米波双极化缝隙天线阵列，包括：依次层叠设置的天线单元层、第一馈电网络层以及第二馈电网络层；其中，天线单元层包括第一预设数量个第一缝隙天线元件，第一缝隙天线元件为：四个窄边边缘上呈半圆形的十字形缝隙天线元件；第二馈电网络层通过第三缝隙天线元件将产生的第二电磁波均匀等相位的耦合至第一馈电网络层；第一馈电网络层，用于产生与第二电磁波方向垂直的第一电磁波，并通过第二缝隙天线元件将双极化电磁波均匀等相位的耦合至天线单元层，天线单元层，用于通过第一缝隙天线元件将双极化电磁波辐射至自由空间。应用本发明实施例，提高了天线阵列的工作带宽。