Perché i segnali radio ad alta frequenza hanno una portata inferiore?

Questa è in realtà una domanda molto più complessa di quanto si possa pensare. Tutto dipende da cosa intendi per "alta frequenza", dalle antenne che stai usando, e da cosa i segnali devono attraversare (o rimbalzare) per raggiungere il ricevitore.

Per le comunicazioni nello spazio libero (ad esempio, tra i pianeti) vedi l'eccellente risposta di Michael McLaughlin e il mio commento in proposito.

Le comunicazioni terrestri sono molto diverse. Solo raramente si ha un percorso effettivo, nello spazio libero, in linea di vista. È molto più comune che i segnali diffrangano lungo la superficie della terra (per esempio, la radio AM locale), che rimbalzino ripetutamente tra la ionosfera e la superficie terrestre (per esempio, la radio HF o a "onde corte"), che diffrangano e si disperdano casualmente sugli edifici e sul terreno (trasmissioni e telefoni cellulari in VHF e oltre) o che rimbalzino e/o passino attraverso i muri di case e uffici (per esempio, WiFi).

Ogni caso è diverso. Il WiFi a 5 GHz ha spesso una portata effettiva più corta di quello a 2,4 GHz perché le pareti sono più assorbenti a 5 GHz. Nelle trasmissioni FM/TV e nelle operazioni mobili terrestri su VHF e UHF, il VHF di solito si propaga più lontano perché diffrange più facilmente intorno agli ostacoli; questo è il motivo per cui la California Highway Patrol (che è responsabile delle parti più rurali dello stato) si affida molto alla banda bassa VHF intorno ai 39-45 MHz.

D'altra parte, le basse frequenze non penetrano molto bene nei moderni edifici in acciaio e cemento perché le loro lunghezze d'onda non passano attraverso le aperture relativamente piccole nella struttura in acciaio conduttore. Per questo motivo, e anche perché è necessaria una maggiore larghezza di banda per molti più utenti, la polizia urbana e i vigili del fuoco generalmente si affidano alle UHF intorno ai 450-470 MHz, o alle frequenze "troncate" nella banda degli 800 MHz.

Alle frequenze veramente alte (cioè, sopra i 5-10 GHz nella regione delle "microonde") bisogna considerare l'assorbimento atmosferico. L'assorbimento dell'acqua aumenta con la frequenza, quindi la pioggia può facilmente mettere fuori uso un downlink satellitare che opera a 12 e talvolta anche a 4 GHz. L'ossigeno assorbe i segnali a 60 GHz e 120 GHz così fortemente che sono inutili per le comunicazioni satellitari terra/spazio, ma sono ideali per collegamenti incrociati tra satelliti che non devono passare attraverso l'atmosfera. Sono anche ideali per comunicazioni a brevissimo raggio sulla superficie.

La propagazione in alta frequenza è un intero argomento in sé. A volte hai bisogno di usare una frequenza alta per raggiungere un certo ricevitore, altre volte potresti dover usare una frequenza più bassa, e altre volte potresti non essere in grado di raggiungerlo affatto. Qualsiasi radioamatore (io lo sono) può parlarne a lungo, se vuole.