¿Por qué una señal tomará solo el plano GND en la capa inferior para la señal de retorno?
No lo hará. Si tiene terreno tanto en la capa superior como en la inferior, tiene esto:
simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab
La corriente fluirá en ambos, proporcionalmente a las resistencias de cada camino. Si las resistencias son iguales, las corrientes serán iguales. Si son desiguales, la menor resistencia llevará más corriente. Si son muy desiguales, la resistencia mucho menor llevará la mayor parte de la corriente. Nunca una ruta transporta todos de la corriente.
Esto es lo mismo para las señales de CA, con las resistencias reemplazadas por inductores. El análisis de dónde fluyen las corrientes es complejo y realmente dependerá de la geometría específica. Sin embargo, con dimensiones cuidadosamente controladas, esta estructura (plano de tierra en la parte inferior, traza de señal rodeada por un plano de tierra en la parte superior) forma una línea de transmisión denominada Guía de onda coplanar conectada a tierra .
Para sus declaraciones en la pregunta, no es exactamente cierto que las corrientes de retorno fluyan exactamente bajo la traza de señal. Esto solo es válido para señales de frecuencia infinita . A medida que la frecuencia se vuelve más baja que el infinito, la inductancia de divergencia con respecto a esta trayectoria se vuelve menos significativa, y la resistencia del plano de tierra se vuelve relativamente más significativa, a medida que la frecuencia disminuye, la corriente de retorno redondeará más las esquinas. En DC, la frecuencia es cero, por lo que la inductancia es irrelevante, y la corriente preferirá la ruta de resistencia más baja, que es probablemente la ruta más corta, si el cobre es igual de grueso en todas partes.