Я не знаю, как объяснить на пальцах, поэтому нарисовал небольшую схему:
В общем, антенна на БС имеет небольшой угол наклона. на схеме это видно - основной лепесток ДН направлен, грубо говоря, на абонента. Но помимо основного, у любой направленной антенны имеются и боковые, паразитные лепестки. Они как раз направлены в небо, под станцию и даже назад. Другое дело, что их коэффициент усиления в 1000 раз меньше, чем у основного, то есть наверх сигнал передается с гораздо меньшей мощностью. Например, если телефон принимает сигнал с БС с уровнем -70 дБм (это очень-очень хороший уровень), то к самолету приходит с уровнем -100 дБм (для расшифровки передаваемых с БС данных достаточно, для разговора...ну для разговора с хорошим качество - точно нет!). Зато сигнал, идущий к самолету не встречает на пути никаких препятствий типа застройки, деревьев, и не переотражается.
Не могу ответить однозначно. Возможно, из-за того, в ту пору БС было мало и для создания покрытия они работали с довольно большой мощностью. Да и те, старые антенны, имели бОльший коэффициент усиления боковых лепестков, особенно при сильном наклоне. Кроме того, у AMPS частоты были чуть-чуть ниже, чем у GSM-900 а значит, меньше затухали. Правда, разница в затухании в данном случае пренебрежимо мала. Но возможно, что сложение всех этих факторов дало такой эффект.