В статье представлены результаты исследования функциональных возможностей, оптимизации геометрических размеров и совершенствования конструкции специализированного резонансного концентрирующего звена с увеличенной поверхностью излучения. Разработанная теоретическая модель позволила определять значения продольных и поперечных размеров каждого из участков концентрирующего звена, обеспечивающих достижение требуемых технических характеристик ультразвуковых колебательных систем (коэффициента усиления звена и его резонансной частоты). Для проверки эффективности разработанной модели проведено определение геометрических размеров резонансного концентрирующего звена с помощью конечно-элементного комплекса показавшее, что расхождение не превышает 10%. Эффективность предложенной модели при определении размеров и резонансных характеристик концентрирующего звена подтверждена результатами экспериментальных исследований. Теоретические и экспериментальные исследования позволили оптимизировать размеры концентрирующего звена, а созданная на его основе колебательная система при реализации технологий кавитационной обработки жидких сред обеспечила увеличение излучающей поверхности более чем в 6 раз без снижения интенсивности излучения.