本发明提供基于耶路撒冷十字的双层透射阵天线及其实现方法，双层透射阵天线包括馈源以及由基板和设置于该基板上下表面的两个金属层所构成的透射阵；两个金属层结构相同，每个金属层包括周期性排布的多个耶路撒冷十字单元；基板及其上下对应设置且具有相同结构的耶路撒冷十字单元构成透射阵的透射阵单元；耶路撒冷十字单元包括由四条主枝节构成的十字型金属枝节，每条主枝节上形成有一条与该主枝节垂直的第一枝节，每条主枝节上均设置有用于连接基板上下表面的十字型金属枝节的金属化通孔，耶路撒冷十字单元为旋转对称结构。本发明的双层透射阵天线具有结构简单、低成本、高增益、高口径效率的优点，能够满足在毫米波频段的高性能通信需求。