本发明公开一种用于毫米波聚焦天线测量的微分探头，所述微分探头由两个极化与尺寸完全相同且并排放置的同类单极化点源探头构成，其输出由一特定的合成网络进行反相等幅合成。当利用微分探头在特定平面上对聚焦天线的艾里斑进行扫描测量时，对得到的测量曲线在零陷附近计算其最大斜率值。基于此最大斜率值与艾里斑3dB直径之间的对应关系，可获得被测毫米波聚焦天线在此平面上的艾里斑3dB直径尺寸。利用微分探头不同的构造方式，可测量不同极化方向、不同扫描方向上的艾里斑3dB直径尺寸。本发明的微分探头构造简单，应用灵活，为毫米波聚焦天线艾里斑的测量提供了一种高精度的测量手段。