auのガラケーです。電波の入りが悪く困っていたところ、auショップへ行きsimカードを無償交換してもらった所、電波が入るようになりました。端末の変更をしたわけでもないのになぜ電波をキャッチするようになったのでしょうか？

simに回線契約情報が載ってるからです。
たとえば周辺５キロ四方にdocomoのアンテナ鉄塔しかない場所にいったとします。そこではauのsimがささったスマホ（シムロックフリーでも）やケータイではdocomoの電波は使えません。端末が、simの情報を参照し、ＡＵとしか回線契約をしていない、すなわちＡＵの電波しか使ってはいけないと判断しているから、「圏外」と表示されます。（docomo携帯のひとはバリ３で通話できるでしょう）
　　
同じようにあなたの端末にささっていた旧simは、auの早いタイプの回線をちゃんと契約しているという証明力がない状態だったのでしょう。
古くなってsimが故障しかけていたのかもしれません。
あるいは、記載されている回線契約が古すぎて３Ｇしかつかえない証明になっていたところ、４ＧやＬＴＥも使えるｓｉｍに乗り換えてくれたのかもしれませんね。
ということは、月々の回線契約料が変更になっているかもしれないのでちゃんと確認してください。
「早い契約に切り替えます、値段は月々○○円あがります（とか、同額ですとか）」との説明はありませんでしたか？　せっかくショップにいったなら、よくお話をきいておいてください。