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(jīng)下變頻至中頻信號，經(jīng)濾波器濾波，中頻放大，再移頻上變頻至射頻，經(jīng)功率放大器放大，由后向天線（重發(fā)天線）發(fā)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(jīng)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(fā)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(dǎo)入器），由于我國移動通信事業(yè)的飛速發(fā)展，移動通信用戶也隨之不斷增加，以至蜂窩規(guī)劃越來越小，基站位置越來越低；另一方面，隨著城市建設(shè)的發(fā)展，高層建筑不斷涌現(xiàn)，基于無線傳播的陰影效應(yīng)，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(qū)。

另外，手機還有可能會收到非相鄰的基站的信號，由于手機只能在相鄰的基站間進行切換，就會造成其實有一個更好信號的基站的信號手機收的到卻由于不相鄰無法切換過去，造成所謂的“孤島效應(yīng)”。據(jù)介紹，乒乓效應(yīng)和孤島效應(yīng)是移動通信的難題，解決辦法也跟上述情況不同

手機信號放大器是從空間接收信號，勢必要求空間信號盡可能純凈；而在基站較為密集區(qū)域，分離不同基站或扇區(qū)信號的難度將大大增加，容易使手機信號放大器增加對基站干擾。所以在基站較為密集區(qū)域，建議盡量采用有線信號的引入方式，比如光纖直放站。在不具備使用光纖直放站條件的場所，只能采用無線直放站，但其施主天線必須具有足夠的方向選擇性。