Eine Pencil-Beam- Antenne (PBA) ist eine Richtantenne, die sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung extrem stark gebündelt ist.
Um den geringen Öffnungswinkel zu erreichen, werden Pencil-Beam- Antennen aus einem speziellen Material, dem sogenannten Metamaterial, hergestellt. Dabei handelt es sich um technisch hergestellte regelmäßige Strukturen, die in der Permeabilität und der Permittivität von natürlichen Materialien abweichen.
Die Hauptkeule der Bleistift-förmigen Abstrahlcharakteristik ist extrem dünn und hat einen schmalen Öffnungswinkel. Der Antennengewinn in der Hauptkeule kann 40 dB und mehr betragen. In den Nebenkeulen weist die Pencil-Beam- oder Schmalbündelantenne keinen Antennengewinn aus, ihre Dämpfungswerte liegen dort im Mittelwert bei -3 dB.
Eingesetzt werden Pencil-Beam-Antennen u.a. in der Radartechnik, dem Richtfunk und bei Inter- Satelliten-Verbindungen.