手机信号放大器(专业名：直放站)由天线、射频双工器、低噪声放大器、混频器、电调衰减器、滤波器、功率放大器等元器件或模块组成上、下行放大链路。其工作的基本原理是：用前向天线（施主天线）将基站的下行信号接收进直放机，通过低噪放大器将有用信号放大，抑制信号中的噪声信号，提高信噪比（S/N）；再经下变频至中频信号，经滤波器滤波，中频放大，再移频上变频至射频，经功率放大器放大，由后向天线（重发天线）发射到移动台；同时利用后向天线接收移动台上行信号，沿相反的路径由上行放大链路处理：即经过低噪放大器、下变频器、滤波器、中放、上变频器、功率放大器再发射到基站。从而达到基站与移动台的双向通信。
此外，蜂窝移动通信基站在建造过程中，因为要避免邻近小区的干扰，其天线辐射场方向图主瓣有较大下倾角，以至高层建筑中上部一般不能有效接收信号。还有，由于建筑物等对电磁波的屏蔽效应，使得隧道、地铁、地下商城、娱乐城、停车场以及酒店、写字楼等一些封闭的大型建筑物内也无法正常接收移动通信信号。
根据手机信号放大器系列产品的特点和移动通信网络的需求，不同的地
理环境及应用场合，系统的解决方案是不同的，这需要认真分析，区别对待。对于无线直放站来说，信号的隔离显得尤为重要。手机信号放大器是从空间接收信号，势必要求空间信号尽可能纯净；而在基站较为密集区域，分离不同基站或扇区信号的难度将大大增加，容易使手机信号放大器增加对基站干扰。
由于用户量大，基站数量较多，一般不存在大范围的信号盲区，手机信号放大器只是用于解决小范围区域的补盲以及建筑物内的信号覆盖。在光纤到楼尚未普及的情况下，需采用无线直放站。