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。

信號放大器起到信號增強的一種無線電發射中轉設備。基本功能就是一個射頻信號功率增強器。在下行鏈路中，由施主天線現有的覆蓋區域中耦合信號。通過帶通濾波器對帶通外的信號進行極好的隔離，將濾波的信號經功放放大后再次發射到待覆蓋區域。在上行鏈接路徑中，覆蓋區域內的移動臺手機的信號以同樣的工作方式由上行放大鏈路處理后發射到相應基站，從而達到基地站與手機的信號傳遞。

簡單來說，手機信號放大器一般有三件套：主機、接收天線、覆蓋天線，接收天線要放在室外信號值較好的地方（能達到兩格信號以上），用來接收信號，接收天線的信號值決定信號覆蓋效果。所以，手機信號放大器就把附近好的信號轉接到信號不好的區域，信號源一定需要打電話不掉線，因為這是中繼放大器只能放大信號不能把原有的信號質量變的更好。