手機信號放大器(專業名：直放站)由天線、射頻雙工器、低噪聲放大器、混頻器、電調衰減器、濾波器、功率放大器等元器件或模塊組成上、下行放大鏈路。其工作的基本原理是：用前向天線（施主天線）將基站的下行信號接收進直放機，通過低噪放大器將有用信號放大，抑制信號中的噪聲信號，提高信噪比（S/N）；再經下變頻至中頻信號，經濾波器濾波，中頻放大，再移頻上變頻至射頻，經功率放大器放大，由后向天線（重發天線）發射到移動臺；同時利用后向天線接收移動臺上行信號，沿相反的路徑由上行放大鏈路處理：即經過低噪放大器、下變頻器、濾波器、中放、上變頻器、功率放大器再發射到基站。從而達到基站與移動臺的雙向通信。
手機信號放大器（手機信號增強器、微型直放站、手機信號伴侶、手機信號接入器、手機信號導入器），由于我國移動通信事業的飛速發展，移動通信用戶也隨之不斷增加，以至蜂窩規劃越來越小，基站位置越來越低；另一方面，隨著城市建設的發展，高層建筑不斷涌現，基于無線傳播的陰影效應，在這些高層建筑的背后或中間層會形成移動通信的信號盲區。此外，蜂窩移動通信基站在建造過程中，因為要避免鄰近小區的干擾，其天線輻射場方向圖主瓣有較大下傾角，以至高層建筑中上部一般不能有效接收信號。還有，由于建筑物等對電磁波的屏蔽效應，使得隧道、地鐵、地下商城、娛樂城、停車場以及酒店、寫字樓等一些封閉的大型建筑物內也無法正常接收移動通信信號。
一般手機信號放大器的輸出功率在200mW也就是23dBm以內，到達天線后的一般為5mW以內，經過其它損耗安裝手機信號放大器后室內的信號一般在-50dBm到-75dBm左右，室外好的信號一般在-40dBm到-75dBm左右。手機通話的時候，GSM手機在信號弱的環境中通話，輻射功率最壞可以達到1W（30dBm）。安裝手機信號放大器信號變好后手機通話的輻射功率大約為10mW（10dBm）左右，也可以說在差信號環境中安裝小功率放大器后，手機在通話的時候是減少了輻射。
再詳談信號的穩定性問題，電磁波具有波粒二象性，即具有波特性的繞射力和具有粒子特性的穿透力。理論情況下電磁波的穿透力是根據頻率呈遞增，但是考慮到鋼筋混凝土結構的墻壁，從遠處基站發出的高頻電磁波會受到更大程度上的衰減，所以當我們處于建筑物遮擋時主要考慮的是電磁波的波特性即繞射力，波長越長它的衍射能力就越強也就是繞過阻擋物的能力越來越強。
2G-3G-4G頻率呈遞增，所以波長呈遞減狀態，所以在面對一個建筑物時2G信號比3G和4G的繞射能力都要強。這也就是為什么我們在一些建筑物內沒有4G或4G很差，但是2G通話質量卻不受影響的原因。
